水和空氣可以合成氨?蒙納士教授關於綠色合成氨已有重大突破

貴陽立思辰留學 發佈 2022-05-24T00:11:10.190622+00:00

氨是地球上最重要的農產品化肥成分,是它在發揮作用增加我們的農業產量,從而養活更多的地球人口。  當前,大多數氨是由大型工廠生產的,採用的是一個多世紀前德國人Fritz Haber和Carl Bosch設計的工藝,這種生產方式造成了當前1.8%的全球溫室氣體排放。

氨是地球上最重要的農產品化肥成分,是它在發揮作用增加我們的農業產量,從而養活更多的地球人口。

  當前,大多數氨是由大型工廠生產的,採用的是一個多世紀前德國人Fritz Haber和Carl Bosch設計的工藝,這種生產方式造成了當前1.8%的全球溫室氣體排放。

  那麼是否有辦法可以用更清潔更綠色的方式生產氨呢?

  關於這個問題,蒙納士大學化學教授Doug MacFarlane表示,答案是肯定的。從很早的時候起,他便開始嘗試用占我們呼吸的空氣78%的氮(N2)和飲用水中的氫(H)直接合成氨(NH3)。

  現在,他已與Alexandr Simonov教授和Bryan Suryanto教授合作研發設計了一種生產綠色氨的方法,該方法類似於生產氫氣的電解法,或將代替生產氨的傳統工藝。

  MacFarlane教授說,綠色氨「幾乎可以在所有方面」替代化石燃料。比如,汽車、公交車甚至噴氣式飛機,都可以使用氨作為能源,其在發動機中的運行方式類似於液化石油氣。

  2020年墨爾本正處於COVID-19長期封鎖期間時,Suryanto教授取得了綠色合成氨的突破。

  當時,他正與Verdant公司合作,在蒙納士大學克萊頓校區的實驗室里研發如何通過電解從鹽水中製造漂白劑。研發所生產的漂白劑可用來消毒物品表面,產生的鹼性溶液也可以用來洗手。這種鹼性溶液比肥皂對皮膚更好,在醫院很受歡迎。科研團隊研發的兩種產品在疫情緊急時期都有著很高的需求。

  在研髮漂白劑的同時,Suryanto教授也在實驗膦鹽是否可以用來通過電解製造綠色氨。

  此前,科研團隊嘗試製造綠色氨時只能生產出少量的氨,不足以進行商業生產。令Suryanto教授驚訝的是,磷酸鹽能夠助他「在室溫下,高速、高效地生產氨」。

  起初,MacFarlane教授和Alexandr Simonov教授並沒有太早為這一結果而感到興奮,經過反覆商討證實,Suryanto教授才將發現成果發表在《科學》雜誌上。

  一家名為Jupiter Ionics的公司得以成立,由澳大利亞創新與科學辦公室前執行長Charles Day博士領導,以對這種綠色合成氨進行商業開發應用。

  MacFarlane教授表示,綠色氨相較於傳統工藝造氨的優勢之一是不需很大的生產空間,「綠色氨廠可以很小,你不需要擁有龐大的化學製造設施,所用的設施甚至可以像一台iPad那么小,通過持續產生少量的氨來運行商業溫室或水培設施。這意味著未來化肥的分布式生產將成為可能。」

  綠色氨或許沒有綠色氫氣那麼出名,但它是化石燃料更實際的替代品,因為它的易燃性較低,而且由於Haber-Bosch工藝造氨的普及,製造和運輸氨的基礎設施在全球已經存在了。

  然而廣泛使用綠色氨也有著相應的隱患——過多的使用合成化肥會增加地球的氮化合物暴露,從而污染河流和海洋,以及大氣,因此,MacFarlane教授表示未來會對氮循環進行更多的必要研究,讓我們拭目以待。

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