研究人员开发出一种原型设备，可利用风能从空气和水中可持续地生产氨这种关键肥料，而不会像传统方法那样产生高能耗或碳排放。 这种便携式室温系统可以实现分散、清洁的氨生产，减少对化石燃料的依赖，从而为农业和其他行业带来革命性的变化。
如果这一技术完全开发成功，这种方法可以取代已经使用了一个多世纪的传统氨生产工艺。 传统方法将氮气和氢气在高压和高温下结合在一起，由于依赖天然气，每年消耗全球 2% 的能源，并产生 1% 的二氧化碳排放量。 这种新方法提供了一种更清洁、更节能的替代方案。
这项研究于12月13日发表在Science Advances杂志上，是该技术的首次现场（而非实验室）演示。 研究人员设想有一天能将该装置集成到灌溉系统中，让农民直接从空气中产生肥料。
这项研究的资深作者、斯坦福大学人文与科学学院自然科学玛格丽特-布莱克-威尔伯（Marguerite Blake Wilbur）教授理查德-扎尔（Richard Zare）说："这一突破使我们能够利用空气中的氮，可持续地生产氨。这是朝着分散式生态友好型农业迈出的重要一步。"
在设计设备的准备过程中，研究人员研究了不同的环境因素（如湿度、风速、盐度和酸度）如何影响氨的产生。 他们还研究了水滴的大小、溶液的浓度以及水与不溶于水的材料的接触对这一过程的影响。 最后，他们测试了氧化铁和酸聚合物与氟和硫的最佳组合，以确定生产氨气的理想条件，并了解这些催化剂材料如何与水滴相互作用。
斯坦福大学团队的制氨工艺清洁且成本低廉，可利用周围的空气从水蒸气中获取氮气和氢气。 研究人员将空气通过涂有催化剂的网孔以促进必要的反应，从而生产出足够高浓度的氨，可用作温室中的水培肥料。 与传统方法不同的是，新技术在室温和标准大气压下运行，不需要在网眼上连接外部电压源。 农民可以在现场运行这种便携式设备，无需从制造商处购买和运输肥料。
该研究的第一作者、斯坦福大学化学研究科学家宋晓伟说："这种方法大大减少了氨生产的碳足迹。"
在实验室实验中，研究小组通过一个喷洒系统循环利用水，在短短两小时后就获得了足以给温室中的植物施肥的氨浓度，进一步证明了这种方法的潜力。 通过加入一个由微孔石材料制成的过滤器，这种方法可以产生足够的氨来支持更广泛的农业应用。
该研究的合著者、法赫德国王石油和矿产大学的昌巴沙-巴希尔（Chanbasha Basheer）说，这种装置还有两到三年才能投放市场。 与此同时，研究人员计划使用越来越大的网状系统来生产更多的氨。巴希尔说："这方面还有很大的发展空间。"
氨的重要性不仅限于化肥。 作为一种清洁能源载体，氨气的能量密度更高，因此比氢气更能有效地储存和运输可再生能源。 这一创新将氨定位为航运和发电等行业去碳化的关键。
"绿色氨气代表了可持续发展的一个新领域，"扎尔说。"这种方法如果能在经济上得到推广，就能大幅减少我们在多个领域对化石燃料的依赖。"
编译自/ScitechDaily
