摘要：研究人员开发了一种原型装置，利用风能可持续地从空气和水中生产氨（一种重要的肥料），无需传统方法的高能耗或碳排放。这种便携式室温系统可以实现分散、清洁的氨生产，减少对化石燃料的依赖，从而彻底改变农业和其他行业。

研究人员开发了一种原型装置，利用风能可持续地从空气和水中生产氨（一种重要的肥料），无需传统方法的高能耗或碳排放。这种便携式室温系统可以实现分散、清洁的氨生产，减少对化石燃料的依赖，从而彻底改变农业和其他行业。

一种新装置利用空气和风能生产氨，为农业和清洁能源应用提供了依赖化石燃料的可持续替代方案。

我们呼吸的空气是实现农业可持续发展的关键，这要归功于斯坦福大学和沙特阿拉伯法赫德国王石油矿产大学的研究人员的创新突破。他们发明了一种原型装置，利用风能从空气中提取氮并将其转化为氨——一种肥料的关键成分。

如果得到充分开发，这种方法可以取代已使用了一个多世纪的传统氨生产工艺。传统方法在高压和高温下将氮和氢结合，消耗了全球 2% 的能源，并因依赖天然气而产生 1% 的年二氧化碳排放量。这种新方法提供了一种更清洁、更节能的替代方案。

这项研究于 12 月 13 日发表在《科学进展》杂志上，是该技术的首次现场演示（而非实验室演示）。研究人员设想，未来某一天，该设备将集成到灌溉系统中，让农民能够直接从空气中生产肥料。

“这一突破使我们能够利用空气中的氮，并可持续地生产氨，”这项研究的资深作者、斯坦福大学人文与科学学院玛格丽特·布莱克·威尔伯自然科学教授 Richard Zare 说：“这是朝着分散和环保的农业方法迈出的重要一步。”

在设计该装置的过程中，研究人员研究了不同的环境因素（如湿度、风速、盐度和酸度）如何影响氨的生产。他们还研究了水滴的大小、溶液的浓度以及水与不溶于水的物质的接触如何影响这一过程。最后，他们测试了氧化铁和氟和硫的酸性聚合物的最佳混合物，以确定生产氨的理想条件，并了解这些催化剂材料如何与水滴相互作用。

斯坦福团队的工艺清洁廉价地生产氨，并利用周围的空气从水蒸气中获取氮和氢。通过将空气通过涂有催化剂的网状物以促进必要的反应，研究人员生产出足够多的氨，浓度足够高，可用作温室环境中的水培肥料。与传统方法不同，新技术在室温和标准大气压下运行，不需要将外部电压源连接到网上。农民可以在现场使用便携式设备，无需从制造商处购买和运输肥料。

斯坦福大学化学研究科学家、该研究的主要作者 Xiaowei Song 说：“这种方法显著减少了氨生产的碳足迹。”

在实验室实验中，该团队通过喷洒系统回收水，展示了进一步的潜力，仅用两小时就达到了足以为温室中生长的植物施肥的氨浓度。通过加入由微孔石材制成的过滤器，这种方法可以产生足够的氨，以支持更广泛的农业应用。

据该研究的共同作者、法赫德国王石油矿产大学的 Chanbasha Basheer 称，该装置距离上市还有两到三年的时间。与此同时，研究人员计划使用越来越大的网状系统来生产更多的氨。“这方面还有很大的发展空间。”

氨的重要性不仅限于肥料。作为清洁能源载体，由于其能量密度更高，它可以比氢气更有效地储存和运输可再生能源。这项创新将氨定位为航运和发电等脱碳行业的关键。

“绿色氨代表了可持续发展的新前沿，”Zare 说：“如果这种方法能够以经济的方式扩大规模，将大大减少我们在多个领域对化石燃料的依赖。”

该研究由美国空军科学研究办公室和法赫德国王石油矿产大学资助。

参考文献：“利用空气中的水蒸气和氮气现场合成氨”，作者：Xiaowei Song、Chanbasha Basheer、Jinheng Xu 和 Richard N. Zare，2024 年 12 月 13 日，《科学进展》。DOI：10.1126/sciadv.ads4443

来源：康嘉年華一点号