每年氨的產(chǎn)量約為 200 兆噸。這使它成為世界上產(chǎn)量第二大的化學(xué)品，僅次于硫酸。
有幾種生產(chǎn)氨的方法，但 Haber-Bosch 工藝仍然是最普遍的工藝，約占總產(chǎn)量的 90%。在任何情況下，Haber-Bosch 和其他工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程都需要高溫(超過(guò) 400°C)和高壓(超過(guò) 150 bar)。需要這些條件來(lái)破壞氮中的強(qiáng)鍵并與氫反應(yīng)形成氨 (NH3)。
這些過(guò)程約占全球能源消耗的 1%，主要以化石燃料為基礎(chǔ)。因此，氨是全球溫室氣體最密集的化學(xué)反應(yīng)，約占全球 CO2排放總量的 1.5%。此外，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年對(duì)氨的需求只會(huì)增加，這主要是由于其用于合成肥料以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的全球人口。
“氣候方面以及能源和食品方面的主要挑戰(zhàn)之一是氨的生產(chǎn)。今天，它是在世界上一些最大的工廠生產(chǎn)的。制造氨的唯一真正有效的方法是在高溫和高壓下使用碳基原料，”來(lái)自DTU 能源和VILLUM可持續(xù)燃料和化學(xué)品科學(xué)中心(V-Sustain) 的Tejs Vegge 教授說(shuō)。他與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(DICP)的陳平教授一起領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。
“大自然非常擅長(zhǎng)在環(huán)境壓力和溫度下在固氮酶等酶中制造氨。然而，這個(gè)過(guò)程非常緩慢，不可能擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)，”Tejs Vegge 說(shuō)。
潛在的游戲規(guī)則改變者
幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在努力尋找新的、更可持續(xù)的方法來(lái)生產(chǎn)氨。Tejs Vegge 和 DTU 的同事、Jaysree Pan 博士和 Heine A. Hansen 副教授與 DICP 的團(tuán)隊(duì)一起推出了一種潛在的改變游戲規(guī)則的新型復(fù)雜金屬氫化物催化劑，使它們達(dá)到令人夢(mèng)寐以求的溫和-條件氨合成。他們相信他們的方法可以為新的和更可持續(xù)的氨生產(chǎn)方式鋪平道路。他們的論文發(fā)表在 Nature Catalysis 上。
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