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能源转型有望!新技术助力突破“氨转氮”关键瓶颈 过程简便产物无毒
2021.11.23 15:33 财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)的一个研究小组发现了一种将氨转化为氮气的新方法,这可能是未来氨取代碳基燃料的重要一步。

据悉,这种新技术使用金属催化剂并能够自主释放能量,这项研究成果已于近期发表在了《自然化学》(Nature Chemistry)杂志上,并获得了威斯康星州校友研究基金会的临时专利。

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该论文的作者之一Christian Wallen解释说,“目前世界是靠碳燃料运行经济的。这不是一个好的经济,因为我们燃烧碳氢化合物,将二氧化碳释放到大气中。我们没有办法实现真正的碳循环闭环,即可以将二氧化碳转化为有用的燃料。”

为了实现联合国提出的到2050年世界实现碳中和的目标,科学家们必须考虑以对环境负责的方式从碳以外的元素中创造能源,而上述研究团队就提出了一种基于氮和氨相互转化的氮能源经济。

科学家们兴奋地发现,将氨添加到含有类铂元素钌的金属催化剂中,会自发地产生氮,这意味着不需要额外的能量。相反,这个过程可以被利用来发电,质子和氮气是副产品。此外,这种金属复合物可以通过暴露在氧气中被还原,并反复使用,所有这些都是比使用碳基燃料更清洁的过程。

“我们发现,我们不仅是在制造氮,我们是在完全前所未有的条件下制造氮,”研究人员解释称,“能够在环境条件下完成氨到氮的反应,并获得能量,这是一件非常重要的事情。”

氨作为一种燃料来源已燃烧多年。在第二次世界大战期间,它被用于汽车,今天的科学家正在考虑如何在发动机中燃烧它,作为汽油的替代品,特别是在海运业。然而,燃烧的氨会释放出有毒的氮氧化物气体。

新的反应流程则避免了那些有毒的副产品。如果该反应被安置在一个燃料电池中,氨和钌在电极表面反应,它可以清洁地产生电力,而不需要催化转换器。

Wallen说,“我们发现了一种化合物,它可以在室温下催化氨转化为氮,不需要任何外加电压或添加任何化学物质。据我们所知,这是第一个这样做的过程。”

研究人员表示,这项技术可以实现无碳燃料经济,但它只是谜题的一半。合成氨的另一个缺点是,用来制造氨的氢来自天然气和化石燃料。然而,这种趋势正在发生变化,因为氨生产商试图生产“绿色”氨,其中氢原子由碳中性的水电解来提供,而不是能源密集型的哈伯-波什传统工艺。

随着合成氨的挑战得到解决,根据研究人员的说法,使用氨作为普通能源或燃料将有许多好处。它是可压缩的,就像丙烷一样,易于运输,易于储存。

该小组的下一步包括弄清楚如何设计一个利用新发现的燃料电池,并考虑以环境友好的方式创造所需的起始材料。他们面临的下一个挑战之一是如何从水中产生氨,而不是依靠氢气。科学家们的梦想是通过水、空气和阳光来创造一种燃料。

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