有效利用波動和局部化可再生能源的小規(guī)模分布式NH3合成過程示意圖

　　顆粒在線訊：日本廣島大學(xué)科學(xué)家的研究揭示了一種在環(huán)境壓力下從氮和氫分子中制造氨(NH3)的方法。

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

　　這項工作的最終目標(biāo)是建立小規(guī)模的NH3生產(chǎn)過程，以有效利用可再生能源，該研究報告作者廣島大學(xué)自然科學(xué)基礎(chǔ)研究與開發(fā)中心副教授Hiroki Miyaoka說。

　　氨 (NH3) 最近被認(rèn)為是一種杰出的能量載體分子。1918年，德國化學(xué)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(yè)肥料中的重要作用鋪平了道路。

　　然而，氨在可再生能源應(yīng)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(yè)生產(chǎn)，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(chǔ)設(shè)施中通常并不具備。

　　通過使用氫化鋰(LiH)的化學(xué)循環(huán)合成NH3工藝首先將LiH與N2結(jié)合，在環(huán)境壓力和高達(dá)500°C的溫度下產(chǎn)生酰亞胺鋰產(chǎn)物(LiNH2)。然后酰亞胺鋰與氫氣(H2)反應(yīng)生成氨。在這個過程中從其組成分子合成氨的反應(yīng)時間超過1000分鐘。它的速度受到暴露于氫氣的區(qū)域的反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)用，這種需要極端條件的長時間反應(yīng)是氨生產(chǎn)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(huán)境壓力和溫度下合成氨，反應(yīng)溫度低于400°C，這是在非工業(yè)環(huán)境中很容易模擬的條件。他們將反應(yīng)物氫化鋰與氧化鋰結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)氫化鋰可以防止結(jié)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(xué)反應(yīng)中。使用這些非聚集反應(yīng)物并添加用于合成氨最后一步的氣態(tài)氫，他們能夠更快地生產(chǎn)氨——反應(yīng)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(shè)備快速生產(chǎn)氨，則為更小規(guī)模的氨生產(chǎn)鋪平了道路。化學(xué)循環(huán)工藝有助于建立小規(guī)模的NH3合成工藝，與傳統(tǒng)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(zhuǎn)化率運行，Miyaoka說。新工藝還消除了對用于工業(yè)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(jié)果與可再生能源發(fā)電相關(guān)，后者往往比工業(yè)生產(chǎn)更分散。廣島實驗室首創(chuàng)的在近環(huán)境條件下高效生產(chǎn)氨的工藝是此類應(yīng)用的基礎(chǔ)。