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碳中和的新“炼金术”:仅利用可再生能源将水转化

2021-09-14 17:57:46 中国航空报 曾欣欣

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隶属于韩国科学技术信息通信部的机械材料研究院开发出了一种在常温常压下利用可再生能源生产氨的创新工艺。这是一种零碳排放的氨生产工艺,这项技术有望在未来为实现碳中和目标做出巨大贡献。

由首席研究员Dae Hoon Lee博士带领的等离子体工程研究团队成功开发出了具有创新性的零碳排放的合成氨工艺。近日,他们在《美国化学会能源快报》(ACS Energy Letters)上发表了研究成果。

由Fritz Haber和Karl Bosch在1913年创造的有机合成氨法(哈伯法),可以生产用作肥料的氨,这一发现极大地提高了农业生产力,为农业革新奠定了基础。最近,氨气作为零碳排放的环保燃料备受关注。这是因为氨是氮氢化合物,即使燃烧也不会排放二氧化碳。

然而,用Haber-Bosch法合成氨,必须满足高压和高温条件,压力至少为200atm(200个标准大气压),温度至少为400℃。此外,由于使用天然气等化石燃料生产氢气,需要消耗大量能源,这将导致高水平的二氧化碳排放。

根据英国皇家学会2020年的一份报告,哈伯法生产氨消耗了全球约1.8%的能源,而在此过程中排放的二氧化碳也占全球二氧化碳总排放量的1.8%。

该研究团队开发的合成氨工艺是将水与氮等离子体结合,产生氢和氮氧化物的过程。这一过程产生的氮氧化物在催化剂的作用下被还原成氨。这种等离子体反应产生的氮氧化物中有99%以上变成了一氧化氮,而一氧化氮很容易被还原成氨。然后一氧化氮与联产的氢反应生成氨,具有95%以上的高选择性,等离子体分解过程中产生的热用于催化合成过程。

因为这个过程不使用任何化石燃料,是一种可以产生“绿色氨”与零碳排放的技术,它能实现的产量比现有电化学氨生产技术高出300-400倍,被认为是替代哈伯法的主要方法。

此外,这个过程通过一个模块化系统可以相对容易地大规模扩展,因为此法中水和氮的反应是发生在常温常压的条件下,与现有的氨生产方法必须满足的高温高压条件截然不同。另外,氨生产过程中产生的副产物——硝酸盐溶液,可作为农业营养液和氧化剂使用。

在未来,该研究团队希望通过开发规模化和商业化技术来降低氨的生产成本和提高生产效率。该团队还打算与国内外工程公司合作,将他们的成果扩大到合成氨工厂,特别是中小型工厂,这些工厂的运行条件都是常温常压的。

首席研究员Dae Hoon Lee博士强调说:“从理论上讲,我们开发出了零碳排放,且可以应用于实际设施的环保型合成氨工艺。”他还表示,他和他的团队将尽最大努力进行后续研究和开发,这将有助于大幅减少全球碳排放。

责任编辑:@intern

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关键词:
韩国,零碳排放,碳中和