一百七十六萬美元助力可持續氮源國際知名化學家零碳造“氨”

氨 (NH3)，是生產氮肥不可或缺的原料，是農業“固氮”的重要來源。2019年，全球氨的總產量達到每年1.5億公噸，成為世界上產量第二大的化學商品，其中有80%以上用于化肥生產，價值約700億美元。隨著全球人口的增加，預計到2050年，氨的需求將達到每年3.5億公噸。此外，由于人們對其作為能源載體的使用越來越感興趣，預計對氨的需求將進一步增長。

工業生產氨的方法稱作Haber-Bosch，利用氫氣和氮氣的金屬催化反應得到氨：

N+3H→ 2NH(ΔH=-92.4 kJ·mol)

該工藝由弗里茨·哈伯在1900年代初期開發，后來被卡爾·博施改進為制造肥料的工業工藝。Haber-Bosch工藝被許多科學家和學者認為是20世紀最重要的技術進步之一，因為它是第一個允許人們通過大規模生產氨來生產植物肥料的工藝，當今人類中大約一半的蛋白質來源于通過Haber-Bosch過程固定的氮。美中不足的是，這項工藝會導致大量二氧化碳排放，每生產1公噸氨，大約排放1.9公噸二氧化碳，約占全球碳排放量的1.8%。反應過程還需要高溫 (300攝氏度～500攝氏度) 和高壓 (200bar～300bar)，并且只能在大型反應堆中實現。

總部位于澳大利亞墨爾本的Jupiter Ionics公司是從莫納什大學拆分出來的，它利用“電化學”，以在現場或更靠近農場的地方生產少量的氨。通過這種方式，可以減少農業對工業規模的氨生產的依賴及其對環境的危害，同時減少未來供應鏈沖擊的可能性。憑借這項技術，它吸引了澳大利亞農業食品技術風險投資公司Tenacious Ventures的176萬美元種子輪融資。

“你可以考慮解決兩個主要問題：一個是從生產端到使用終端過程的所消耗的能源，二是使用地點，”Tenacious Ventures合伙人Matthew Pryor說，“因為工業生產是集中的；而如果你能在當地按需生產，就可以定制它。這就是這種方法的吸引力。”

綠色氨經濟概述

這筆種子資金將繼續用于技術研發，并推進其商業化。 Jupiter Ionics首席執行官查理表示，“這項投資將使我們能夠快速跟蹤我們的發展計劃，以便我們能夠很好地滿足不斷增長的需求。”

Jupiter Ionics的技術源于莫納什大學國際公認處于電化學氨技術前沿的科學家團隊，由國際知名化學家麥克法倫教授和亞歷山大博士所領導，其對氨生產的研究成果于2021年6月發表。

麥克法倫教授

亞歷山大博士

Jupiter lonicsn氨生產流程

他們利用電化學氮還原反應 (NRR) 直接將氮氣還原為氨。這個過程比氮氣和氫氣直接反應所需的溫度和壓力要低得多。雖然NRR作為替代Haber-Bosch的反應方法早已受人矚目，但反應效率低下，部分原因是需要“犧牲”質子源。麥克法倫教授的研究將磷酸鹽引入作為質子穿梭器，幫助解決了這一限制。

該工藝使用可再生電力，以空氣和水為原料，在室溫和大氣壓下零碳排放制造氨。

這種反應方式不需要Haber-Bosch工藝的大規模工業級反應堆，可以小到冰箱，能在單個農場或社區層面推出使用，這也意味著不需要存儲。電化學的直接生產這一特性在可擴展性和間歇性運行方面獨具優勢。

“我們開發的技術還為未來擴大到出口規模的生產設施開辟了廣泛的可能性，這些設施將依托于專用的太陽能和風力發電場，”麥克法倫教授說，“可以選址在理想的可再生能源發電地點，如西澳大利亞州北部地區。”

目前，該實驗團隊已將專利授權給Jupiter Ionics。

氨已經被廣泛認為是未來國際航運的理想零碳燃料，預計到2025年，這個市場的價值將超過1500億美元。麥克法倫教授認為，使用碳中和生產技術，也有助于氨成為燃料，有希望在2050年之前取代化石燃料。