一种突破性的原型设备引入了一种新颖的氨气制造方法，氨是肥料中的关键元素，可能会彻底改变一个大约占全球温室气体排放三分之一的行业。
我们的氛围为增强可持续农业提供了一个有希望的解决方案。斯坦福大学和沙特阿拉伯法赫德石油和矿业大学的研究人员创建了一个原型，该原型通过利用风能将空气通过一种特殊的网状结构来生成氨——这一重要的肥料成分。如果这种方法得到改善，它可以取代一种已有一个世纪历史的通过在极高温度和压力下混合氮和氢来合成氨的做法。这种传统方法使用了世界上2%的能源，并因依赖天然气而释放出大约1%的年度二氧化碳。
这项研究的发现于12月13日发表在Science Advances上，展示了该技术在现实世界环境中的应用，而不仅仅是在实验室中。研究人员希望最终将这一设备整合到灌溉系统中，让农民能够直接从空气中生产肥料。
“这一进展使我们能够以可持续的方式利用我们大气中的氮来制造氨，”研究的高级作者之一、斯坦福大学人文与科学学院教授理查德·扎尔（Richard Zare）说。“这是朝着更加分散和环保的农业实践迈出的重大一步。”
一种更清洁的替代方案
在开发其设备之前，团队研究了包括湿度、风速、盐度和酸度在内的各种环境因素如何影响氨气的生产。他们分析了水滴大小、溶液浓度及水与不溶材料相互作用对这一过程的影响。此外，他们评估了氧化铁和含氟和硫的酸聚合物的最佳组合，以确定理想的氨气生产条件以及这些催化剂与水滴之间的关系。
斯坦福团队的方法以清洁和经济的方式生产氨，通过空气从水蒸气中提取氮和氢。通过将空气通过涂有催化剂的网状结构以促进必要反应，他们生成了一种浓度足够的氨溶液，适合在温室中进行水培。与传统技术不同，这种创新方法在常温和常压下运行，无需连接到网状结构的外部电源。这使农民能够在现场使用便携设备，避免需要从制造商处购买和运输肥料。
“这种方法显著减少了氨生产的碳排放影响，”研究的第一作者、斯坦福大学的化学研究科学家宋晓伟（Xiaowei Song）表示。
在实验室测试中，团队进一步展示了该技术的潜力，通过在喷雾系统中再利用水，仅在两小时内实现了足够的氨浓度来给温室植物施肥。通过结合由微孔石制成的过滤器，这种策略可以为更广泛的农业使用提供足够的氨。
一个没有化石燃料的未来
根据与会作者、法赫德石油和矿业大学的巴希尔（Chanbasha Basheer）表示，该设备预计将在两到三年内才能上市。与此同时，研究人员打算扩大网状系统以提高氨的生产率。“还有很大的进一步发展潜力，”巴希尔指出。
除了在肥料中的作用外，氨作为一种清洁能源载体，促进了可再生能源相比氢气更高效的存储和运输，因为氨具有更高的能量密度。这一突破使氨成为减少航运和能源生产等行业碳排放的关键元素。
“绿色氨标志着可持续发展的一个新时代，”扎尔表示。“如果我们能够以经济的方式扩展这种方法，它可能会在各个行业显著减少我们对化石燃料的依赖。”
这项研究得到了美国空军科学研究办公室和法赫德石油和矿业大学的资助。
