工程师协调清洁氨生产

在我们每天使用的众多化学品中，氨是对大气影响最严重的化学品之一。这种用于化肥、染料、炸药和许多其他产品的氮基化学品的碳排放量仅次于水泥，因为制造它需要高温和能源。

但是，通过改进众所周知的电化学反应并精心策划锂、氮和氢原子的“交响乐”，由MeeneshSingh领导的伊利诺伊大学芝加哥分校工程师开发出了一种新的氨生产工艺，可以满足多项绿色目标。

该过程称为锂介导氨合成，将氮气和供氢液体(例如乙醇)与带电的锂电极结合在一起。氮原子不是在高温高压下分解氮气分子，而是粘附在锂上，然后与氢结合形成氨分子。

该反应在低温下进行，并且是可再生的，在氨生产的每个循环中恢复原始材料。

“会发生两个循环。一是氢源的再生，二是锂的再生，”伊利诺伊大学芝加哥分校化学工程副教授辛格说。“由于循环过程，这个反应中有一首交响乐。我们所做的就是以更好的方式理解这首交响乐，并尝试以非常有效的方式对其进行调制，这样我们就可以产生共振并使其移动得更快。”

该过程在一篇发表的论文中进行了描述，并登上了ACSAppliedMaterials&Interfaces的封面，是Singh实验室在寻求更清洁的氨方面的最新创新。此前，他的团队开发了利用阳光和废水合成这种化学品的方法，并制造了一种带电铜网，可以减少制造氨所需的能量。

他们的最新进展是建立在一种并不新鲜的反应之上的。科学家们已经了解它近一个世纪了。

“基于锂的方法实际上可以在任何有机化学教科书中找到。这是众所周知的，”辛格说。“但是，我们的贡献是让这个循环高效且有选择性地运行，以满足经济上可行的目标。”

这些目标包括高能源效率和低成本。Singh表示，如果扩大规模，该工艺将以每吨约450美元的价格生产氨，这比之前的锂基方法和其他拟议的绿色方法便宜60%。

但选择性也很重要，因为许多使氨生产更清洁的尝试最终却产生了大量不需要的氢气。

辛格小组的研究成果是首批达到选择性和能源使用水平的成果之一，可以满足能源部工业规模氨生产的标准。辛格还表示，该过程可以在模块化反应器中进行，通过使用太阳能电池板或其他可再生能源提供电力并向反应提供空气和水，可以使反应更加环保。

该过程还可以帮助实现另一个能源目标——使用氢作为燃料。由于运输高度易燃液体的困难，这一目标的实现受到了阻碍。

“你希望产生氢气，运输并输送到氢气泵站，在那里可以将氢气供给汽车。但这非常危险，”辛格说。“氨可以作为氢气的载体。它的运输非常便宜且安全，并且在目的地你可以将氨转化回氢气。”

目前，科学家们正在与通用氨公司合作，在芝加哥地区的一家工厂试点并扩大其锂介导的氨合成工艺。UIC技术管理办公室已为该工艺申请了专利。