绿色合成氨工艺原理（绿色氨电解技术的突破将取代传统高污染工艺）
绿色合成氨工艺原理（绿色氨电解技术的突破将取代传统高污染工艺）布莱恩·苏里扬托（Bryan Suryanto）博士正与磷盐专家道格·麦克法兰（Doug MacFarlan）教授合作进行另一个项目，试图通过电解从盐水中制造漂白剂，并决定进行一些附带实验，看看这些离子液体是否可以用来在电解过程中生产氨。令所有人惊讶的是，他们居然做到了。长话短说，如果我们要实现净零排放，“哈伯-博世”（Haber-Bosch）工艺就必须被淘汰。莫纳什大学（Monash University）的研究人员表示，他们偶然发现了一种方法，可以将天然气从反应式中完全去除，同时仍能“在室温下，以较高的实际速率和效率”生产氨。实际上，今天生产的所有氨都是采用“哈伯-博世”循环法生产的。天然气甲烷被用来产生氢气（每1.1吨氢气释放6吨二氧化碳），然后氢气与大气中的氮气反应生成氨，通常还会燃烧更多的天然气为制氨反应提供必要的热量和压力。上图：目前世界上几乎所有的氨气生产都使用了不干净的蒸汽
澳大利亚莫纳什大学（Monash University）的科学家声称，他们在绿色氨生产方面取得了关键突破，可能将会取代极其肮脏的“哈伯-博世”（Haber-Bosch）工艺，将能消除近2%的全球温室气体排放。
上图：木星离子氨电解装置的原型，其创造者声称可以在室温下高效、大规模地生产氨。
氨是世界上生产最多的工业化学品之一，对现代社会至关重要。目前，氨主要用作农业肥料，但它也用于塑料、纤维、炸药、制药和其他领域。
目前，全球氨工业每年生产超过2.3亿吨的氨，随着净零排放的进程，需求可能还会上升。其实，氨储存了非常多的能量，因此它被提议作为一种高密度的绿色燃料，用于航运和航空等难以脱碳的行业。
实际上，今天生产的所有氨都是采用“哈伯-博世”循环法生产的。天然气甲烷被用来产生氢气（每1.1吨氢气释放6吨二氧化碳），然后氢气与大气中的氮气反应生成氨，通常还会燃烧更多的天然气为制氨反应提供必要的热量和压力。
上图：目前世界上几乎所有的氨气生产都使用了不干净的蒸汽改造氢，以及通过哈伯-博世(Haber-Bosch)工艺产生的大量能源。
这不仅导致全球约1.8%的二氧化碳排放，还导致地下水的硝酸盐污染，并向大气中排放大量危险的一氧化二氮。更不用说，它还消耗了全球天然气总产量的3%到5%，而天然气开采过程本身也会将甲烷直接排放到空气中，在空气中，甲烷是一种极其有效的温室气体。
长话短说，如果我们要实现净零排放，“哈伯-博世”（Haber-Bosch）工艺就必须被淘汰。莫纳什大学（Monash University）的研究人员表示，他们偶然发现了一种方法，可以将天然气从反应式中完全去除，同时仍能“在室温下，以较高的实际速率和效率”生产氨。
布莱恩·苏里扬托（Bryan Suryanto）博士正与磷盐专家道格·麦克法兰（Doug MacFarlan）教授合作进行另一个项目，试图通过电解从盐水中制造漂白剂，并决定进行一些附带实验，看看这些离子液体是否可以用来在电解过程中生产氨。令所有人惊讶的是，他们居然做到了。
合作者亚历山大·西蒙诺夫博士解释道，这一过程“非常类似于在水电解槽中产生氢的过程，不同之处在于我们使用的电解质与锂电池世界的很相似。”当电流通过含有这些电解质和溶解氮气的电解池时，在阴极表面会发现一种名为氮化锂（Li₃N）的化合物。电解质还应该包含一个氢离子或质子的载体。（在我们的论文中）我们已经证明了膦盐可以作为这样的质子载体，以高效的方式生产氨。”
上图：四面体磷分子将氢离子从阳极输送到阴极，在那里它们取代氮化锂中的锂原子，形成氨分子。
当氢离子到达阴极时，它们会取代每个氮化锂分子中的锂原子，产生NH₃或氨。它从阴极表面释放出来并被捕获。“磷在两个电极之间循环，”西蒙诺夫博士说，“在阴极传递它的质子，并在阳极补充新的质子，形成一个连续的过程，我们可以运行长达4天。”
这个过程和它所使用的电力一样清洁，并且每秒产生大约53纳摩尔的氨，法拉第效率约为69%。根据2020年的数据，此前报道的氨电解效率最高约为60%，但另一种锂循环方法的效率约为88%，但需要约450°C（842°F）的高温。
上图：磷盐载体分子在阳极和阴极之间来回循环，传递氢分子产生氨。
该团队表示，它具有巨大的可扩展性，既可以在工业规模上运行，也可以在非常小的现场操作中运行。磷盐专家道格·麦克法兰表示：“它们的面积可以像iPad一样小，但它可以持续产生少量的氨来运行商业温室或水培装置。”
研究团队认为，当我们探索FuelPositive的模块化、容器大小的氨生产装置时，这种分布式生产模式将有额外的好处，因为它将消除对当前氨模式的财务和排放成本有重大贡献的配送和运输。这种新工艺的优点是它是一个单一步骤，不需要在链的早期进行氢电解过程。据推测，这将使它更节能，每单位可再生能源产生更多的氨。
上图：研究人员在实验室演示了这一原型。
该团队已经为这项技术申请了专利，将其商业化，并筹集了180万美元的种子资金。
当然，对于此技术我们很想知道成本是多少，以及这些特殊的膦盐的原料是什么，盐溶液在持续生产条件下能持续多久，替换和处理它们的流程是什么，以及在生产过程中是否考虑到任何负面的环境问题等等。
尽管如此，陈旧污染的工艺 —— “哈伯-博世”（Haber-Bosch）工艺 —— 必须被淘汰，新兴绿色技术的不断引入和迭代会让这个世界变得更好。
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