氨的加速合成為可再生能源的轉化提供了前景

有效利用波動和局部化可再生能源的小規模分布式NH3合成過程示意圖

　　日本廣島大學科學家的研究揭示了一種在環境壓力下從氮和氫分子中制造氨(NH3)的方法。

　　2月2日相關報告已發表在《Physical Chemistry C》雜志上，展示了一個具有可再生能源儲存和轉移潛力的過程，該過程依賴于分散和波動式的能源網絡，例如太陽和風。

　　這項工作的最終目標是建立小規模的NH3生產過程，以有效利用可再生能源，該研究報告作者廣島大學自然科學基礎研究與開發中心副教授Hiroki Miyaoka說。

　　氨 (NH3) 最近被認為是一種杰出的能量載體分子。1918年，德國化學家弗里茨·哈伯(Fritz Haber)因從其元素中合成氨而獲得諾貝爾獎，這為氨在工業肥料中的重要作用鋪平了道路。

　　然而，氨在可再生能源應用中的使用受到合成氨工藝的限制。通常，Haber-Bosch工藝用于氨的工業生產，需要高溫和高壓，而這些條件在可再生能源儲存和運輸基礎設施中通常并不具備。

　　通過使用氫化鋰(LiH)的化學循環合成NH3工藝首先將LiH與N2結合，在環境壓力和高達500°C的溫度下產生酰亞胺鋰產物(LiNH2)。然后酰亞胺鋰與氫氣(H2)反應生成氨。在這個過程中從其組成分子合成氨的反應時間超過1000分鐘。它的速度受到暴露于氫氣的區域的反應產物聚集成沒有太多表面積的大顆粒（超過200微米）的限制。由于其在分布式可再生能源中的實際應用，這種需要極端條件的長時間反應是氨生產的障礙。

　　在新的研究中，研究人員嘗試使用氧化鋰(Li2O)作為分子支架在環境壓力和溫度下合成氨，反應溫度低于400°C，這是在非工業環境中很容易模擬的條件。他們將反應物氫化鋰與氧化鋰結合起來，發現氫化鋰可以防止結塊，留下更小的顆粒（小于50微米），從而有更多的表面積暴露在化學反應中。使用這些非聚集反應物并添加用于合成氨最后一步的氣態氫，他們能夠更快地生產氨——反應大大加快。

　　如果可以在溫和的溫度和壓力條件下用相對簡單的設備快速生產氨，則為更小規模的氨生產鋪平了道路?；瘜W循環工藝有助于建立小規模的NH3合成工藝，與傳統的催化工藝相比，它可以在更低的壓力和溫度下以更高的轉化率運行，Miyaoka說。新工藝還消除了對用于工業合成氨的昂貴金屬催化劑（例如釕元素）的需求。

　　這項研究的結果與可再生能源發電相關，后者往往比工業生產更分散。廣島實驗室首創的在近環境條件下高效生產氨的工藝是此類應用的基礎。

　?。ㄋ夭膩碜裕喝毡緩V島大學 全球氫能網、新能源網綜合）