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人工合成氨的新方法可降低能源消耗

2019/05/15 @國際

人工合成氨的新方法可降低能源消耗

  現今人口增長的部分原因來自於大量糧食生產,除了豆科植物能夠經由共生細菌固定空氣中的氮,其餘作物大多需要自土壤中吸收含氮化合物。適度灌溉含氮肥料有利於增進作物健康,而現今的含氮肥料多半來自於哈伯法(Haber-Bosch-Verfahren)製造的氨。
  哈伯法採用高壓(約200大氣壓)、高溫(約攝氏400度)與鐵催化劑幫助反應,雖然可在短時間內將氫氣和氮氣轉變為氨,但是轉換效率不彰,一個週期的轉換效率只有10%,必須以多次轉換的方式提高產量,連帶消耗的能量也非常可觀;目前的哈伯法製造工業消耗了3-5%的天然氣,大約佔據全球總能源消耗量的1%或2%。
  現在東京大學開發出一種稱為SWAP(Samarium-Water Ammonia Production)的製造方式,SWAP可以從大氣中吸收氮氣,在鉬催化劑的幫助下,與水的質子及釤(於SmI 2當中)的電子結合,產生高達4,350當量的氨,其合成速度比起哈伯法快300-500倍,且效率高達90%,不但能夠節省大量能源,也可以減少製造前的設備採購成本。
  雖然在製造期間釤屬於消耗品,但其失去的電子可再經由電力補充,這種新方法儘管目前還不適宜於工業規模上應用,但已經與生物固氮酶的作用速度更加接近,也對環境更加友善,具有開發潛力。
  相關研究發表於<Nature>。

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