低碳氨为农业和氢气运输提供绿色替代品

Josiah02 · 发表于 2024-9-20 13:45:16

通过利用液态金属的独特力量来制造氨的新方法，可以显著减少生产这种广泛使用的化学品所造成的碳排放。
氨不仅可用作肥料来种植大部分粮食，还可作为安全运输氢的载体在清洁能源中发挥作用。
然而，全球氨的生产有着高昂的环境成本：它消耗了全球超过 2% 的能源，并产生了高达全球 2% 的碳排放量。
皇家墨尔本理工大学 (RMIT) 研究员、该课题研究的主要作者 Karma Zuraiqi 博士表示，与当今用于将氮和氢分解为氨的百年历史的哈伯-博世工艺相比，她所在团队发明的更环保的替代方法消耗的热量减少了 20%，压力减少了 98%。
该研究成果发表在《自然催化》杂志上。
“目前，全球氨生产产生的排放量是澳大利亚的两倍。如果我们能够改进这一工艺，降低能耗，我们就能大幅减少碳排放，”皇家墨尔本理工大学工程学院的祖莱奇说。
研究结果表明，通过更多地依赖有效的液态金属催化剂而不是压力，低能耗方法在生产氨方面与目前的黄金标准一样有效。
“我们使用的铜和镓也比目前用作催化剂的贵金属钌便宜得多，储量也更丰富，”祖莱奇说。“这些优势使其成为一项令人兴奋的新进展，我们渴望进一步研究并在实验室外进行测试。”
液态金属来拯救
包括皇家墨尔本理工大学 (RMIT) 的 Torben Daeneke 教授在内的团队在利用液态金属催化剂的特殊性能进行氨生产、碳捕获和能源生产方面处于领先地位。
催化剂是一种使化学反应更快、更容易发生且本身不被消耗的物质。
这项最新研究展示了他们的新技术，即创造含有铜和镓的微小液态金属液滴（因其坚硬的外壳、液态的外核和固态的内核结构而被称为“纳米行星”）作为分解氮和氢原料的催化剂。
“液态金属使我们能够以更动态的方式移动化学元素，使所有元素都到达界面，从而实现更高效的反应，这对催化来说非常理想，”Daeneke 说道。“铜和镓都被认为是氨生产的不良催化剂，但它们结合在一起却能发挥出极好的作用。”
试验表明，镓可以分解氮，而铜的存在有助于氢的分解，结合起来，其工作效率与目前的方法一样高，而成本却只是目前方法的一小部分。
Daeneke 表示：“我们基本上找到了一种利用两种金属协同作用的方法，提升了它们各自的活性。”
目前，RMIT 正领导该技术的商业化，该技术由 RMIT 和 QUT 共同拥有。
工业升级
虽然通过传统哈伯-博施工艺生产的氨只能在大型设施中实现，但该团队的替代方法可以适用于大规模和小规模、分散式生产，其中少量氨可以在太阳能发电场廉价生产，从而可以大幅降低运输成本和排放。
该技术除了在生产化肥用氨方面有明显的应用外，还可以成为氢能工业的关键推动力，并支持摆脱化石燃料。
“将氢气转化为氨是让氢气更安全、更易于运输的一个好方法，”Daeneke 解释道。“但如果我们使用通过现有技术生产的氨作为氢气载体，那么氢气工业的排放可能会显著增加全球排放量。我们的愿景是将我们的绿色氨生产技术与氢气技术相结合，让绿色能源安全地运往世界各地，而不会在途中造成巨大损失，”他说。
接下来的挑战是扩大这项技术（该技术目前已在实验室条件下得到验证），并设计系统在更低的压力下运行，使其成为更实用的分散式工具，适用于更广泛的行业。
他说道：“现阶段，我们对结果感到非常兴奋，并渴望与有兴趣在其行业中扩大规模的潜在合作伙伴进行交谈。”

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