一种令人震惊的制氨新方法：可能颠覆氢和农业未来

澳大利亚科学家发现了一种仅使用空气和电力就能生产氨（肥料的重要组成部分）的方法。通过模拟闪电并将能量引导通过一个小型设备，他们绕过了一个多世纪以来一直使用的传统的、严重依赖化石燃料的方法。

这一突破可能带来更清洁、更便宜的肥料，甚至有助于为未来提供动力，为航运等行业提供潜在的替代燃料来源。

实验室中的闪电：将空气转化为燃料

（用于启动 “绿色氨” 生产过程的等离子柱。来源：PJ Cullen/Plasmaleap）

悉尼大学的研究人员利用人造闪电开发出一种更高效的氨生成方法，氨是世界上最重要的化学品之一。氨也是占全球粮食产量近一半的肥料的主要成分。

该团队成功开发出一种更简单的方法来生产气态氨（NH3）。其他实验室之前的努力是在溶液中（铵，NH4+）生产氨，这需要更多的能量和工艺才能将其转化为最终的气体产品。

目前生产氨的方法——哈伯 - 博施法，其气候成本很高，留下了巨大的碳足迹。它还需要大规模生产，并且靠近廉价天然气来源才能使其具有成本效益。

养活世界的化学过程，以及悉尼团队希望革新它的努力

天然存在的氨（主要以鸟粪的形式）曾经需求如此之高，以至于引发了战争。

19 世纪哈伯 - 博施法的发明使人类制造氨成为可能，并彻底改变了现代农业和工业。目前全球 90% 的氨生产依赖哈伯 - 博施法。

“工业对氨的需求只会不断增长。在过去的十年里，全球科学界，包括我们的实验室，都希望找到一种更可持续的生产氨的方法，不依赖化石燃料。

“目前，生产氨需要集中生产和产品的长途运输。我们需要一种低成本、分散且可扩展的‘绿色氨’，” 悉尼大学化学与生物分子工程学院和净零研究所的首席研究员 PJ・卡伦教授说。他的团队已经从事 “绿色氨” 生产研究六年了。

“在这项研究中，我们成功开发了一种方法，允许使用电力将空气转化为气态氨。这是朝着我们的目标迈出的一大步。”

这项研究发表在《德国应用化学国际版》上。

氨含有三个氢分子，这意味着它可以作为氢的有效载体和来源，甚至有可能作为储存和运输氢的有效手段。行业机构发现，他们可以通过 “裂解” 氨来分离分子以使用氢，从而获得氢。

由于其化学组成，氨也是一种作为无碳燃料的有力候选者。这引起了航运业的兴趣，该行业约占全球温室气体排放的 3%。

破解化学难题

卡伦教授团队生产氨的新方法是通过利用等离子体的力量，即通过使空气带电或激发空气。

但关键设备是一个基于膜的电解槽，一个看似普通的银盒子，在这里完成向气态氨的转化。

在哈伯 - 博施过程中，氨（NH3）是通过在催化剂（一种加速化学反应的物质）存在下，在高温高压下将氮气（N2）和氢气（H2）气体结合而制成的。

卡伦教授团队开发的基于等离子体的方法利用电力激发空气中的氮和氧分子。然后，该团队将这些被激发的分子传递到基于膜的电解槽中，将被激发的分子转化为氨。

研究人员表示，这是生产氨的更直接的途径。

卡伦教授说，这些发现标志着绿色氨生产进入了一个新阶段。该团队现在正致力于使该方法比哈伯 - 博施法更节能、更具竞争力。

“这种新方法是一个两步过程，即结合等离子体和电解。我们已经使等离子体组件在能源效率和可扩展性方面可行。

“为了为可持续的氨生产创造一个更完整的解决方案，我们需要提高电解槽组件的能源效率，” 卡伦教授说。

期刊参考：

Wanping Xu, Jiaqian Wang, Tianqi Zhang, Jungmi Hong, Qiang Song, Zhongkang Han, Patrick Cullen. Regulating Multifunctional Oxygen Vacancies for Plasma-Driven Air-to-Ammonia Conversion. Angewandte Chemie International Edition, 2025; 64 (27) DOI: 10.1002/anie.202508240