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  三合一反映器终极可能取代用来临盆氨和化肥的工厂。 图片滥觞:SAOIRSE_2010/ISTOCK.COM

  为了养活举世70多亿人口ag旗舰厅登录,人类寄托有上百年历史的哈伯—博世工艺将空气中的氮和天然气中的甲烷转化为氨,后者是制造化肥的原始材料。然则这一历程每年排放了跨越4.5亿吨的二氧化碳,约占人类碳排放总量的1%,比任何其他工业化学反映的碳排放量都要多。

  如今,一种新型陶瓷反映器可以将这一历程的碳排放量减半。假如可以扩大年夜规模,这项新技巧还可以低落举世化肥价格,由于它可以让农田相近的小化工厂加倍轻易地临盆化肥。

  &ldquag旗舰厅登录o;这一成果让我印象很深。”并未介入该项钻研的美国剑桥市麻省理工学ag旗舰厅登录院化学工程师Karthish Manthiram说。20世纪初发现的哈伯—博世工艺应用3个自力的反映器从甲烷中天生氢,然后将甲烷与氮结合天生氨。比拟之下,新措施将3个反映器合为1个反映器。

  “这种流线型设计削减了能源耗损和二氧化碳排放量。”Manthiram说。

  制造氨的标准三步法的第一步被称为蒸汽甲烷转化。在这一历程中,高温以及1000摄氏度的高温,使得蒸汽和甲烷在固体镍催化剂上混杂。催化剂加速了分化蒸汽和甲烷的化学反映,并天生了氢气分子和一氧化碳(一种有毒气体)分子。随后,第二个反映器将一氧化碳和蒸汽转化为更温和的二氧化碳和氢气。着末,第三个反映器将氢气和氮转化为氨。然则在第一个反映器中孕育发生的氢气减慢了镍催化剂的事情速率。

  为了让催化剂以一种更高的速率事情,荷兰埃因霍芬市根基能源钻研所化学工程师Vasileios Kyriakou和ag旗舰厅登录来自希腊的同事,寻求了一种新的反映器设计,能在氢原子从甲烷分子中剥离出来后急速将其移除。

  钻研职员制造了一根薄薄的陶瓷管,蒸汽和甲烷在里面像往常一样混杂在一路。管道内壁上的镍催化剂孕育发生了带正电荷的氢离子、电子和二氧化碳。随后,二氧化碳以废气的形式从管中排出,同时,外加的电压推动带负电荷的电子经由过程一根导线到达覆盖在陶瓷管外外面的第二种催化剂上。

  这些负电荷反过来使带正电荷的氢离子穿过陶瓷膜壁来到管的外外面。这种离子的虹吸感化使得陶瓷管内的催化剂能够以更快的速率事情。它还可以使该反ag旗舰厅登录映在大年夜约600摄氏度的情况中进行,这个温度只孕育发生副产品二氧化碳,而不是必须进一步处置惩罚的一氧化碳。

  与此同时,在陶瓷管的外外面,含有钒、氮和铁的第二种催化剂使氢离子、电子和氮分子分手进入管道并形成氨,所有这些反映都是在大年夜气压下进行的。

  钻研职员在本周出版的《焦耳》杂志上申报说,因为驱动反映所需的能量削减,他们只需用老例蒸汽甲烷转化孕育发生的二氧化碳的一半就能制造出氨。

  Kyriakou指出,除了更有代价的氨外,第二种催化剂还天生一些氢气。钻研职员经由过程将这些氢气注入燃料电池,并使之与氧气结合,从而孕育发生了水和电,而这些电被他们用来驱动陶瓷氨反映器。

  Kyriakou说,今朝氨合成催化剂在陶瓷管的外外面仍旧太慢,导致这个历程无法与蒸汽甲烷转化竞争。然而,他说,自己和同事已经在探求改进的催化剂,以赞助他们颠覆有史以来最紧张的化学历程之一。

  钻研职员可能会获得很多赞助。Manthiram说,“这是一种截然不合的(制造氨的)计谋,将勉励许多其他机构考试测验这种做法。”

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