但是，自从20世纪30年代以来，我们一直在大规模生产氨，但主要是在需要大量来自化石燃料的氢气的化学工厂中完成 - 使氨成为所有大量化学品中能源密集程度最高的氨。

凯斯西储大学的一对研究人员 - 一位是电化学合成专家，另一位是等离子体的应用 - 正致力于解决这一问题。

研究人员Julie Renner和Mohan Sankaran提出了一种在低温和低压下从氮和水中生成氨的新方法。到目前为止，他们已经成功地在实验室中成功地完成了它，而不使用传统工艺中必需的氢气或固体金属催化剂

“我们的方法 - 使用等离子体的电解过程 - 是全新的，”工程学院工程创新的Goodrich教授Mohan Sankaran说。

等离子体，通常被称为物质的第四种状态（除固体，液体或气体外），是由正离子和自由电子组成的电离气体云，这使其具有激活化学键的独特能力，包括相当具有挑战性的氮分子，室温下。

化学和生物分子工程系的Climo助理教授Renner补充说，由于这种新工艺不需要高压或高温或氢气，因此它具有可扩展性 - “对于小得多的工厂来说，这是一种理想的技术，一个具有高可能性的可再生能源。“

他们为期两年的合作结果于本月发表在Science Advances杂志上。

Haber-Bosch过程

事实上，所有商业氨都是由氮和氢制成，在高温和高压下使用铁催化剂。

1918年，德国物理化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）因开发这一工艺而获得诺贝尔化学奖，这使得制造氨在经济上可行。

但是，当工业化学家卡尔·博世（他曾在1931年获得诺贝尔奖）将该方法引入大规模系统时，这一过程在经济上变得更有利可图。第二项创新进一步推动了这一过程：蒸汽甲烷重整的发展使氢气更容易获得且更便宜。

因此，所谓的Haber-Bosch工艺成为固定氮和氢以制造氨的全球方法。

但是Haber-Bosch从来不是唯一的固氮方法，它只是世纪之交的赢家。

一种新方法

Renner和Sankaran已经从一种鲜为人知的挪威方法中复活了一种元素，该方法早于Haber-Bosch（Birkeland-Eyde工艺），后者反应氮和氧生成硝酸盐，这是另一种可用于农业的化学品。这个过程输给了Haber-Bosch，主要是因为它需要更多的电能，这是20世纪初期有限的资源。

“我们的方法类似于氨的电解合成，因为它可以与可再生能源结合，因此作为Haber-Bosch的替代品而受到关注，”Sankaran说。“然而，就像Birkeland-Eyde工艺一样，我们使用能量密集的等离子体。电力仍然是一个障碍，但现在不那么强，随着可再生能源的增加，它可能在未来根本不是障碍。

“也许最重要的是，我们的工艺不会产生氢气，”他说。“这是从水（和氮）形成氨的其他电解方法的主要瓶颈，这是不希望的氢气形成。”

Renner-Sankaran工艺也不使用固体金属催化剂，这可能是获得氨而不是氢的原因之一。

“在我们的系统中，氨在气体等离子体和液态水表面形成，并在溶液中自由形成，”Sankaran说。

到目前为止，由二人组生产的氨的“桌面批次”非常小，能源效率仍低于Haber-Bosch。但随着持续优化，他们发现和开发新工艺有朝一日可能会产生使用绿色能源的更小，更本地化的氨厂。