NIMS、高価な触媒を使わず常圧のアンモニア合成に成功――アンモニア合成の低コスト化に期待

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物質・材料研究機構(NIMS)は2017年9月28日、安価な液体ナトリウムに窒素と水素の混合ガスを通すだけでアンモニアを合成する反応を発見したと発表した。この反応を実用化できれば、アンモニア合成装置の小型化や合成の低コスト化が可能になるという。

アンモニアは、化学肥料などの原料として年間1億7千万トン以上が合成されている。また、次世代エネルギーとして期待される水素は、アンモニアに変換することで安全に貯蔵・輸送できるため、将来的な需要の増加も見込まれている。現在アンモニアの量産には、窒素と水素を200~400気圧の高圧下で反応させる「ハーバー・ボッシュ法」が使われているが、より安価に合成するべく常圧での合成法が活発に研究されてきた。しかし、ルテニウムなど高価な触媒が必要であったり、アンモニア合成までの過程で、さまざまな化合物への変換を要するなどの課題があった。

今回、NIMSの研究チームは、安価なナトリウムを液体にして、窒素と水素の混合ガスを泡状に供給する方法で、常圧で微量のアンモニアが合成されることを確認した。従来よりナトリウムは、アンモニア合成に必要な窒素原子間の強い結合を解離できると考えられていたが、低温では水素と反応してしまう。そこで、500℃以上の高温で液体にして水素との反応を抑えることで窒素が解離され、その窒素が水素と反応し、アンモニアが合成されたという。

現在は低効率だが、今後は窒素・水素混合ガスの気泡内部の圧力を高くするなど、効率を高める検証実験を行う予定としている。

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