Учёные научились получать гидразин из мочевины с помощью электричества

Гидразин представляет собой важное химическое соединение, применяемое в качестве ракетного топлива, компонента топливных систем и сырья для химической промышленности. Его также рассматривают для использования в некоторых технологиях хранения и преобразования энергии.

Сегодня гидразин преимущественно получают из аммиака или производных мочевины. Промышленные процессы отработаны, но требуют значительного количества энергии и использования дополнительных химических реагентов, некоторые из которых представляют опасность для окружающей среды.

«Эти методы разрабатывались и применялись десятилетиями, однако они используют другие опасные химические вещества и требуют много энергии, что делает производство дорогим и экологически сложным», — отметил доктор Пэнтан Ван.

Мочевина как исходное сырьё

Учёные Школы химической инженерии Университета Аделаиды предложили использовать мочевину в качестве более доступного исходного материала. Разработанный процесс основан на электрохимической реакции, в которой электричество и хлорид натрия обеспечивают превращение мочевины в гидразин.

Хлорид натрия играет роль участника химического процесса. На поверхности электрода образуются активные хлорсодержащие частицы, которые взаимодействуют с мочевиной и формируют промежуточное соединение — N-хлоромочевину. Затем оно превращается в гидразин посредством гидролиза.

Исследователи продемонстрировали работу технологии с различными источниками мочевины. В экспериментах использовались как очищенная мочевина, так и сточные воды с высоким содержанием этого соединения и человеческая моча.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Synthesis.

От отходов к ценному химическому продукту

Использование мочевины из сточных вод и мочи потенциально позволяет одновременно решать две задачи: получать ценное химическое вещество и перерабатывать азотсодержащие отходы.

При этом исследователи рассматривают технологию не столько как способ напрямую производить аккумуляторы для электромобилей, сколько как новый метод получения гидразина, который может найти применение в энергетике.

В частности, гидразин исследуется для использования в топливных элементах и системах хранения энергии. Кроме того, его высокая энергетическая ценность делает соединение интересным для космической техники, где гидразин и его производные традиционно применяются в качестве компонентов двигательных и энергетических систем.

Поэтому сама по себе новая технология не означает появления «аккумулятора из мочи» или готового решения для электромобилей. Между производством гидразина и созданием коммерческой аккумуляторной системы существует несколько важных технологических этапов.

До промышленного применения ещё далеко

Несмотря на перспективные результаты, технология пока находится на исследовательской стадии.

Одной из проблем остаётся накопление солей в процессе работы электрохимической системы. Кроме того, производство и последующее выделение гидразина требуют энергии, а разделение продуктов реакции может существенно влиять на экономику всего процесса.

Исследователям предстоит снизить энергозатраты, упростить отделение гидразина от побочных продуктов, обеспечить стабильную непрерывную работу установки и разработать более практичную конструкцию реактора.

В дальнейшем учёные рассчитывают адаптировать процесс для работы с возобновляемой электроэнергией. В таком случае электрохимическое производство гидразина из доступного сырья может стать более устойчивой альтернативой традиционным химическим процессам.

Таким образом, главное значение работы заключается не в создании нового типа аккумулятора для электромобилей, а в разработке потенциально более экологичного способа производства важного энергетического и химического реагента из широко доступного сырья.