Бактерии помогут химикам из России удешевить производство аммиака
Химики из МГУ и Института проблем химической физики РАН "подсмотрели" более эффективный и безопасный способ превращения азота в аммиак, проследив за тем, как это делают азотофиксирующие бактерии, говорится в статье, опубликованной в журнале Inorganic Chemistry.
Аммиак, наряду с угарным газом, метаном и простейшими органическими соединениями, является ключевым компонентом практически всех современных производственных цепочек. Залежи аммиака в природе практически не встречаются, из-за чего промышленники вынуждены получать его искусственным путем, расщепляя молекулы атмосферного азота.
Несмотря на все попытки ученых придумать новые способы превращения азота в метан, мировой химпром до сих пор производит его, используя реакцию и технологии, открытые и созданные Фрицом Габером и Карлом Бошем в начале 20 века. Они обнаружили, что аммиак можно получить, прокачивая смесь азота и водорода, нагретую до высоких температур и сжатую до сверхвысоких давлений, через катализатор на базе железа.
Осуществление этой реакции, как объясняют Николай Киреев, химик из МГУ имени М.В. Ломоносова, и его коллеги, требует огромных количеств энергии - сегодня мир тратит примерно 1% от общего объема производимого электричества на синтез аммиака. Поэтому ученые достаточно давно пытаются найти ей замену, изучая то, как осуществляют эту реакцию бактерии.
Российских ученых, как отмечает Киреев, в данном случае интересовало то, как микробам удается избегать формирования химических связей между атомами катализатора, расщепляющего азот, и атомами водорода, что характерно для реакции Габера и делает ее небезопасной и дорогой с энергетической точки зрения.
Изучая ферменты, преобразующие азот в аммиак в клетках бактерий, ученые обратили внимание на одну общую их черту - их центр содержал в себе большое количество "хвостов" аминокислот, имеющих слабые кислотные свойства. Эти молекулы, как показали дальнейшие эксперименты, заставляли ионы водорода формировать связи не с атомами металла, а с расщепляемым азотом.
Руководствуясь этой идеей, отечественные химики синтезировали принципиально новый катализатор, соединение вольфрама, двух молекул азота и двух органических "хвостов", который обладал подобными свойствами, и успешно проверили его работу на практике.
Как надеются ученые, дальнейшие эксперименты и оптимизация этого соединения помогут создать более дешевую и безопасную технологию производства метана, чем открытие химиков начала 20 века.
