Des chercheurs du RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) au Japon ont découvert un composé qui utilise une réaction chimique pour stocker l’ammoniac, offrant potentiellement un moyen plus sûr et plus simple de stocker cet important produit chimique.
Cette découverte, publiée dans le Journal de l’American Chemical Society le 10 juillet, permet non seulement de stocker de manière sûre et pratique l’ammoniac, mais également l’important hydrogène qu’il transporte. Cette découverte devrait aider à ouvrir la voie à une société décarbonée avec une économie pratique de l’hydrogène.
Pour que la société puisse passer d’une énergie à base de carbone à une énergie à base d’hydrogène, nous avons besoin d’un moyen sûr de stocker et de transporter l’hydrogène, qui en soi est hautement combustible. Une façon de le faire est de le stocker dans le cadre d’une autre molécule et de l’extraire au besoin. L’ammoniac, écrit chimiquement NH3, est un bon transporteur d’hydrogène car trois atomes d’hydrogène sont entassés dans chaque molécule, près de 20 % de l’ammoniac étant de l’hydrogène en poids.
Le problème, cependant, est que l’ammoniac est un gaz hautement corrosif, ce qui le rend difficile à stocker et à utiliser. Actuellement, l’ammoniac est généralement stocké en le liquéfiant à des températures bien inférieures au point de congélation dans des conteneurs résistant à la pression. Les composés poreux peuvent également stocker l’ammoniac à température et pression ambiantes, mais la capacité de stockage est faible et l’ammoniac ne peut pas toujours être récupéré facilement.
La nouvelle étude rapporte la découverte d’une pérovskite, un matériau doté d’une structure cristalline répétitive distinctive, qui peut facilement stocker l’ammoniac et permet également une récupération facile et complète à des températures relativement basses.
L’équipe de recherche dirigée par Masuki Kawamoto au RIKEN CEMS s’est concentrée sur l’iodure de plomb perovskite éthylammonium (EAPbI3), chimiquement écrit CH3CH2NH3PbI3. Ils ont découvert que sa structure colonnaire unidimensionnelle subit une réaction chimique avec l’ammoniac à température et pression ambiantes, et se transforme dynamiquement en une structure en couches bidimensionnelle appelée hydroxyde d’iodure de plomb, ou Pb(OH)I.
À la suite de ce processus, l’ammoniac est stocké dans la structure en couches par conversion chimique. Ainsi, EAPbI3 peut stocker en toute sécurité du gaz ammoniac corrosif en tant que composé azoté dans un processus beaucoup moins cher que la liquéfaction à -33 ° C (-27,4 ° F) dans des conteneurs sous pression. Plus important encore, le processus de récupération de l’ammoniac stocké est tout aussi simple.
« À notre grande surprise, l’ammoniac stocké dans l’iodure de plomb éthylammonium pourrait être facilement extrait en le chauffant doucement », explique Kawamoto. Le composé azoté stocké subit une réaction inverse à 50°C (122°F) sous vide et retourne à l’ammoniac. Cette température est bien inférieure aux 150 °C (302 °F) ou plus qui sont nécessaires pour extraire l’ammoniac des composés poreux, faisant de l’EAPbI3 un excellent milieu pour traiter les gaz corrosifs dans un processus simple et économique.
De plus, après retour à la structure colonnaire unidimensionnelle, la pérovskite peut être réutilisée, permettant à l’ammoniac d’être stocké et extrait à plusieurs reprises. Un bonus supplémentaire était que le composé normalement jaune devenait blanc après la réaction. Selon Kawamoto, « la capacité du composé à changer de couleur lors du stockage de l’ammoniac signifie que des capteurs d’ammoniac basés sur la couleur peuvent être développés pour déterminer la quantité d’ammoniac stockée ».
La nouvelle méthode de stockage a plusieurs utilisations. À court terme, les chercheurs ont mis au point une méthode sûre de stockage de l’ammoniac, qui a déjà de multiples utilisations dans la société, des engrais aux produits pharmaceutiques en passant par les textiles. « A long terme », déclare le co-auteur Yoshihiro Ito de RIKEN CEMS, « nous espérons que cette méthode simple et efficace pourra faire partie de la solution pour parvenir à une société décarbonée grâce à l’utilisation de l’ammoniac comme hydrogène sans carbone. transporteur. »
Cette recherche contribuera à atteindre les Objectifs de développement durable (ODD) 2016 définis par les Nations Unies, en particulier l’Objectif 7 : Énergie abordable et propre et l’Objectif 13 : Action pour le climat.
Plus d’information:
Stockage chimique de l’ammoniac par transformation structurelle dynamique d’un composé pérovskite hybride., Journal de l’American Chemical Society (2023). DOI : 10.1021/jacs.3c04181