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有效利用波动和局部化可再生能源的小规模分布式NH3合成过程示意图
日本广岛大学科学家的研究揭示了一种在环境压力下从氮和氢分子中制造氨(NH3)的方法。
2月2日相关报告已发表在《Physical Chemistry C》杂志上，展示了一个具有可再生能源储存和转移潜力的过程，该过程依赖于分散和波动式的能源网络，例如太阳和风。
这项工作的最终目标是建立小规模的NH3生产过程，以有效利用可再生能源，该研究报告作者广岛大学自然科学基础研究与开发中心副教授Hiroki Miyaoka说。
氨 (NH3) 最近被认为是一种杰出的能量载体分子。1918年，德国化学家弗里茨·哈伯(Fritz Haber)因从其元素中合成氨而获得诺贝尔奖，这为氨在工业肥料中的重要作用铺平了道路。
然而，氨在可再生能源应用中的使用受到合成氨工艺的限制。通常，Haber-Bosch工艺用于氨的工业生产，需要高温和高压，而这些条件在可再生能源储存和运输基础设施中通常并不具备。
通过使用氢化锂(LiH)的化学循环合成NH3工艺首先将LiH与N2结合，在环境压力和高达500°C的温度下产生酰亚胺锂产物(LiNH2)。然后酰亚胺锂与氢气(H2)反应生成氨。在这个过程中从其组成分子合成氨的反应时间超过1000分钟。它的速度受到暴露于氢气的区域的反应产物聚集成没有太多表面积的大颗粒（超过200微米）的限制。由于其在分布式可再生能源中的实际应用，这种需要极端条件的长时间反应是氨生产的障碍。
在新的研究中，研究人员尝试使用氧化锂(Li2O)作为分子支架在环境压力和温度下合成氨，反应温度低于400°C，这是在非工业环境中很容易模拟的条件。他们将反应物氢化锂与氧化锂结合起来，发现氢化锂可以防止结块，留下更小的颗粒（小于50微米），从而有更多的表面积暴露在化学反应中。使用这些非聚集反应物并添加用于合成氨最后一步的气态氢，他们能够更快地生产氨——反应大大加快。
如果可以在温和的温度和压力条件下用相对简单的设备快速生产氨，则为更小规模的氨生产铺平了道路。化学循环工艺有助于建立小规模的NH3合成工艺，与传统的催化工艺相比，它可以在更低的压力和温度下以更高的转化率运行，Miyaoka说。新工艺还消除了对用于工业合成氨的昂贵金属催化剂（例如钌元素）的需求。
这项研究的结果与可再生能源发电相关，后者往往比工业生产更分散。广岛实验室首创的在近环境条件下高效生产氨的工艺是此类应用的基础。
（素材来自：日本广岛大学 全球氢能网、新能源网综合） |
