斯坦福开发的设备可凭空生产关键肥料成分

一种新装置利用空气和风能生产氨，为农业和清洁能源应用提供了一种可持续的替代方法，而不是依赖化石燃料的方法。得益于斯坦福大学和沙特阿拉伯法赫德国王石油和矿业大学的研究人员取得了创新性突破，我们呼吸的空气成为实现更可持续农业的关键。 他们创建了一个原型设备，利用风能从空气中提取氮气，并将其转化为氨气，这是化肥中的一种重要成分。

研究人员开发出一种原型设备，可利用风能从空气和水中可持续地生产氨这种关键肥料，而不会像传统方法那样产生高能耗或碳排放。 这种便携式室温系统可以实现分散、清洁的氨生产，减少对化石燃料的依赖，从而为农业和其他行业带来革命性的变化。

如果这一技术完全开发成功，这种方法可以取代已经使用了一个多世纪的传统氨生产工艺。 传统方法将氮气和氢气在高压和高温下结合在一起，由于依赖天然气，每年消耗全球 2% 的能源，并产生 1% 的二氧化碳排放量。 这种新方法提供了一种更清洁、更节能的替代方案。

这项研究于12月13日发表在Science Advances杂志上，是该技术的首次现场（而非实验室）演示。 研究人员设想有一天能将该装置集成到灌溉系统中，让农民直接从空气中产生肥料。

这项研究的资深作者、斯坦福大学人文与科学学院自然科学玛格丽特-布莱克-威尔伯（Marguerite Blake Wilbur）教授理查德-扎尔（Richard Zare）说："这一突破使我们能够利用空气中的氮，可持续地生产氨。这是朝着分散式生态友好型农业迈出的重要一步。"

在设计设备的准备过程中，研究人员研究了不同的环境因素（如湿度、风速、盐度和酸度）如何影响氨的产生。 他们还研究了水滴的大小、溶液的浓度以及水与不溶于水的材料的接触对这一过程的影响。 最后，他们测试了氧化铁和酸聚合物与氟和硫的最佳组合，以确定生产氨气的理想条件，并了解这些催化剂材料如何与水滴相互作用。

斯坦福大学团队的制氨工艺清洁且成本低廉，可利用周围的空气从水蒸气中获取氮气和氢气。 研究人员将空气通过涂有催化剂的网孔以促进必要的反应，从而生产出足够高浓度的氨，可用作温室中的水培肥料。 与传统方法不同的是，新技术在室温和标准大气压下运行，不需要在网眼上连接外部电压源。 农民可以在现场运行这种便携式设备，无需从制造商处购买和运输肥料。

该研究的第一作者、斯坦福大学化学研究科学家宋晓伟说："这种方法大大减少了氨生产的碳足迹。"

在实验室实验中，研究小组通过一个喷洒系统循环利用水，在短短两小时后就获得了足以给温室中的植物施肥的氨浓度，进一步证明了这种方法的潜力。 通过加入一个由微孔石材料制成的过滤器，这种方法可以产生足够的氨来支持更广泛的农业应用。

该研究的合著者、法赫德国王石油和矿产大学的昌巴沙-巴希尔（Chanbasha Basheer）说，这种装置还有两到三年才能投放市场。 与此同时，研究人员计划使用越来越大的网状系统来生产更多的氨。巴希尔说："这方面还有很大的发展空间。"

氨的重要性不仅限于化肥。 作为一种清洁能源载体，氨气的能量密度更高，因此比氢气更能有效地储存和运输可再生能源。 这一创新将氨定位为航运和发电等行业去碳化的关键。

"绿色氨气代表了可持续发展的一个新领域，"扎尔说。"这种方法如果能在经济上得到推广，就能大幅减少我们在多个领域对化石燃料的依赖。"

编译自/ScitechDaily