绿色氨电解突破可能最终杀死哈伯-博世

目前世界上几乎所有的氨生产都使用肮脏的、蒸汽重整的氢气和通过 Haber-Bosch 过程的大量能源，但 Jupiter

澳大利亚莫纳什大学的科学家声称在绿色氨生产方面取得了重大突破，可以取代极其肮脏的哈伯-博世工艺，有可能消除近 2% 的全球温室气体排放。

氨是世界上产量最大的工业化学品之一，对现代社会至关重要。目前，大部分氨用作农业肥料，但也用于塑料、纤维、炸药、医药等领域。

全球氨工业每年生产超过 2.3 亿吨氨，随着净零排放竞赛的进展，需求可能会上升；氨储存了如此多的能量，以至于它被提议作为一种高密度绿色燃料，用于航运和航空等难以脱碳的行业。

今天生产的几乎所有氨都是使用哈伯-博世循环制造的。天然甲烷气体用于生产氢气（每 1.1 吨氢气释放 6 吨二氧化碳），然后该氢气与大气中的氮气反应生成氨，通常燃烧更多的天然气以提供反应所需的热量和压力.

据估计，这不仅导致全球 CO 2排放量的1.8%，还造成地下水的硝酸盐污染，并将大量危险的一氧化二氮排放到大气中。更不用说，它消耗了全球天然气总产量的 3% 到 5%，而且天然气开采过程本身会将甲烷排放物直接排放到空气中，在那里它充当一种极其强大的温室气体。

长话短说，如果我们要实现净零排放，就必须让哈伯-博世陷入困境。莫纳什大学的研究人员表示，他们或多或少地偶然发现了一种从方程式中完全去除天然气的方法，同时仍然“在室温下以高、实用的速率和效率”生产氨。

Bryan Suryanto 博士在进行一个试图通过电解从盐水中制造漂白剂的单独项目时，与鏻盐专家 Doug MacFarlane 教授合作，并决定进行一些附带实验，看看这些离子液体是否可以使用在电解过程中产生氨。令所有人惊讶的是，他们可以。

四面体鏻分子将氢离子从阳极传输到阴极，在那里它们取代氮化锂中的锂原子形成氨分子ACES电子材料

“说实话，尤里卡时刻并不是真正的‘尤里卡！’，而更像是‘你确定吗？我认为你需要再次这样做，'”麦克法兰教授说。“要真正相信它需要很长时间。我不知道我们还没有真正进行过适当的庆祝活动。我们分拆公司的成立可能是我们真正庆祝这一切的时候。”

合作者亚历山大·西蒙诺夫博士说，这个过程“与在水电解槽中产生氢气的过程非常相似——不同之处在于我们使用锂电池领域熟悉的电解质。当电流流过含有这种电解质和溶解的氮气，在阴极表面发现了一种叫做氮化锂 (Li₃N) 的化合物。电解质还应该包含氢离子或质子的载体……[在我们的论文中]我们已经证明了鏻盐可以作为质子载体以高效的方式产生氨。”

Jupiter Ionics 氨电解装置的原型，其创造者声称可以在室温下高效、大规模地生产氨ACES电子材料

当氢离子到达阴极时，它们会置换每个氮化锂分子中的锂原子，从而产生 NH₃ - 或氨。这从阴极表面释放并被捕获。“鏻在两个电极之间循环，”西蒙诺夫说，“在阴极提供质子，并在阳极补充新鲜质子，形成一个连续的过程，我们可以运行长达四天。”

鏻盐载体分子在阳极和阴极之间来回循环，输送氢分子以产生氨ACES电子材料

该过程与为其提供动力的电力一样清洁，每秒可产生约 53 纳摩尔氨，法拉第效率约为 69%。该氨电解最高报以前坐的效率60％左右，根据Hollevoat等。到 2020 年，除了另一种锂循环方法，该方法达到了 88% 左右，但需要 450 °C (842 °F) 左右的高温。

该团队表示，它具有大规模可扩展性，能够以工业规模运行，也可以在极小的现场操作中运行。“它们可以像厚厚的 iPad 一样小，”麦克法兰说，“例如，这可以持续产生少量氨来运行商业温室或水培装置。”

当我们探索FuelPositive 的模块化、容器大小的氨生产单元时，这种分布式生产模型将具有额外的好处，因为它将消除对当前氨模型的财务和排放成本产生重大影响的分配和运输。这种新工艺的优势在于它是一个单一步骤，不需要在链条的早期进行氢电解工艺。据推测，这将使其更节能，每单位可再生能源产生更多的氨。

研究员 Hoang-Long Du 在实验室演示原型ACES电子材料

该团队已经为这项技术申请了专利，并剥离了一项业务 Jupiter Ionics 以将其商业化，并获得了 180 万美元的种子轮融资以启动项目。

我们很想知道成本会是多少，以及这些特定鏻盐的成分，盐溶液在恒定生产条件下可以使用多长时间，更换和处理它们的过程将是什么以及在其生产中是否存在任何需要考虑的负面环境问题。

尽管如此，Haber-Bosch 需要死，如果这种 Jupiter Ionics 技术可以帮助插入一个叉子，世界将会变得更好。