東京大學(xué)研發(fā)空氣制氨新技術(shù) 助力清潔能源革新

東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科的西林仁昭教授及其研究團(tuán)隊(duì)近日宣布，成功在常溫常壓下利用空氣中的氮、水、還原劑和光線合成氨，這一突破性成果已于5月發(fā)表在英國科學(xué)雜志《自然-通訊》上。

氨作為全球最普及的化工原料之一，廣泛應(yīng)用于化肥生產(chǎn)，其全球年產(chǎn)量約為2億噸。傳統(tǒng)制氨工藝由20世紀(jì)初德國發(fā)明，通過氮與氫的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，但其發(fā)明者弗里茨·哈伯等人因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。然而，該工藝需高溫高壓條件，且制氫過程常依賴化石燃料，導(dǎo)致二氧化碳排放。

西林教授的研究團(tuán)隊(duì)借鑒了豆科植物根部共生細(xì)菌中的酶作用機(jī)制，這種酶能在無二氧化碳排放的情況下將氮轉(zhuǎn)化為氨。團(tuán)隊(duì)成功利用氮、水、還原劑和光在常溫常壓下合成氨，標(biāo)志著全球首次實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)。西林教授表示，將水作為氫供應(yīng)源是一大進(jìn)步，盡管目前仍依賴還原劑，但無還原劑的合成技術(shù)已接近實(shí)現(xiàn)。

信州大學(xué)特別榮譽(yù)教授堂免一成對(duì)此成果給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為其接近自然界理想反應(yīng)，具劃時(shí)代意義，但實(shí)現(xiàn)實(shí)用化還需改善催化劑反應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

氨作為清潔燃料，燃燒時(shí)不排放二氧化碳，除化肥用途外，還可用于火力發(fā)電和氫運(yùn)輸。若能僅用氮、水和光合成氨，將為利用空氣制造能源提供新途徑。未來，汽車安裝氨合成設(shè)備或家庭屋頂安裝類似光伏面板的裝置有望成為現(xiàn)實(shí)。

日本正積極推進(jìn)氫和氨的商業(yè)化，氨因易液化和儲(chǔ)存優(yōu)勢(shì)，成為氫能社會(huì)的重要一環(huán)。氨合成領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，美國加州理工學(xué)院和東京科學(xué)大學(xué)等機(jī)構(gòu)也在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)。

然而，實(shí)驗(yàn)室成果與商業(yè)應(yīng)用間存在差距，直接合成氨技術(shù)的實(shí)用化還需攻克效率等課題。日本經(jīng)濟(jì)新聞對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道，指出該技術(shù)若成功應(yīng)用，將對(duì)脫碳化進(jìn)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。