氨是世界上產(chǎn)量最大的化合物之一，廣泛應(yīng)用于化肥、化學(xué)合成和能源存儲等領(lǐng)域，氨的全球需求量達(dá)到每年1.8億噸。由于生產(chǎn)過程中使用的高溫高壓以及大量使用氫作為原料，氨的生產(chǎn)每年貢獻(xiàn)全球1.4%的二氧化碳排放，消耗2%的全球能源。同時，農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)過程中的硝酸鹽流失可能會污染水資源。

如何解決制氨高耗能不綠色的問題？最新一期《自然-催化》報告了一種制氨新電化學(xué)方法，能將含硝酸鹽的廢水轉(zhuǎn)化成氨和凈化水，可謂一舉兩得。

現(xiàn)在氨生產(chǎn)主要依賴于Haber-Bosch過程，生產(chǎn)氨溶液與支持電解質(zhì)（鹽）混合后必須達(dá)到很高濃度，然后將其進(jìn)行分離以獲得氨產(chǎn)物。來自美國萊斯大學(xué)的王浩天教授團(tuán)隊設(shè)計了一個三腔的電化學(xué)裝置，能將廢水轉(zhuǎn)化成氨和凈化水。將這些廢水加入裝置，流經(jīng)多孔的固態(tài)電解質(zhì)層，使硝酸鹽溶液轉(zhuǎn)化成水和氨氣。硝酸鹽污染物被從水中去除，同時產(chǎn)生氨氣，無需進(jìn)一步凈化步驟。

這個過程很有效，而且在工業(yè)廢水的常見硝酸鹽濃度（百萬分之兩千，2000ppm）下就能產(chǎn)生凈化水和氨氣，而無需額外的支持電解質(zhì)。

研究團(tuán)隊還對這一技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估（TEA），結(jié)果顯示，盡管目前電化學(xué)合成氨的成本仍高于傳統(tǒng)的Haber-Bosch過程，但當(dāng)考慮到硝酸鹽廢水處理的潛在利潤時，這一技術(shù)顯示出了明顯的競爭優(yōu)勢。“我們的技術(shù)為氨的綠色合成提供了新的可能性，并有助于實(shí)現(xiàn)全球氮循環(huán)的平衡，”王浩天教授強(qiáng)調(diào)。

研究團(tuán)隊認(rèn)為，目前創(chuàng)新的制氨裝置能實(shí)現(xiàn)一種更為環(huán)境友好的氨生產(chǎn)方式，同時有助于廢水處理。他們還提到，這些實(shí)驗(yàn)基于實(shí)驗(yàn)室設(shè)置，未來的研究需要評估這些裝置在真實(shí)世界環(huán)境中的適用性。