一百七十六万美元助力可持续氮源国际知名化学家零碳造“氨”

氨 (NH3)，是生产氮肥不可或缺的原料，是农业“固氮”的重要来源。2019年，全球氨的总产量达到每年1.5亿公吨，成为世界上产量第二大的化学商品，其中有80%以上用于化肥生产，价值约700亿美元。随着全球人口的增加，预计到2050年，氨的需求将达到每年3.5亿公吨。此外，由于人们对其作为能源载体的使用越来越感兴趣，预计对氨的需求将进一步增长。

工业生产氨的方法称作Haber-Bosch，利用氢气和氮气的金属催化反应得到氨：

N+3H→ 2NH(ΔH=-92.4 kJ·mol)

该工艺由弗里茨·哈伯在1900年代初期开发，后来被卡尔·博施改进为制造肥料的工业工艺。Haber-Bosch工艺被许多科学家和学者认为是20世纪最重要的技术进步之一，因为它是第一个允许人们通过大规模生产氨来生产植物肥料的工艺，当今人类中大约一半的蛋白质来源于通过Haber-Bosch过程固定的氮。美中不足的是，这项工艺会导致大量二氧化碳排放，每生产1公吨氨，大约排放1.9公吨二氧化碳，约占全球碳排放量的1.8%。反应过程还需要高温 (300摄氏度～500摄氏度) 和高压 (200bar～300bar)，并且只能在大型反应堆中实现。

总部位于澳大利亚墨尔本的Jupiter Ionics公司是从莫纳什大学拆分出来的，它利用“电化学”，以在现场或更靠近农场的地方生产少量的氨。通过这种方式，可以减少农业对工业规模的氨生产的依赖及其对环境的危害，同时减少未来供应链冲击的可能性。凭借这项技术，它吸引了澳大利亚农业食品技术风险投资公司Tenacious Ventures的176万美元种子轮融资。

“你可以考虑解决两个主要问题：一个是从生产端到使用终端过程的所消耗的能源，二是使用地点，”Tenacious Ventures合伙人Matthew Pryor说，“因为工业生产是集中的；而如果你能在当地按需生产，就可以定制它。这就是这种方法的吸引力。”

绿色氨经济概述

这笔种子资金将继续用于技术研发，并推进其商业化。 Jupiter Ionics首席执行官查理表示，“这项投资将使我们能够快速跟踪我们的发展计划，以便我们能够很好地满足不断增长的需求。”

Jupiter Ionics的技术源于莫纳什大学国际公认处于电化学氨技术前沿的科学家团队，由国际知名化学家麦克法伦教授和亚历山大博士所领导，其对氨生产的研究成果于2021年6月发表。

麦克法伦教授

亚历山大博士

Jupiter lonicsn氨生产流程

他们利用电化学氮还原反应 (NRR) 直接将氮气还原为氨。这个过程比氮气和氢气直接反应所需的温度和压力要低得多。虽然NRR作为替代Haber-Bosch的反应方法早已受人瞩目，但反应效率低下，部分原因是需要“牺牲”质子源。麦克法伦教授的研究将磷酸盐引入作为质子穿梭器，帮助解决了这一限制。

该工艺使用可再生电力，以空气和水为原料，在室温和大气压下零碳排放制造氨。

这种反应方式不需要Haber-Bosch工艺的大规模工业级反应堆，可以小到冰箱，能在单个农场或社区层面推出使用，这也意味着不需要存储。电化学的直接生产这一特性在可扩展性和间歇性运行方面独具优势。

“我们开发的技术还为未来扩大到出口规模的生产设施开辟了广泛的可能性，这些设施将依托于专用的太阳能和风力发电场，”麦克法伦教授说，“可以选址在理想的可再生能源发电地点，如西澳大利亚州北部地区。”

目前，该实验团队已将专利授权给Jupiter Ionics。

氨已经被广泛认为是未来国际航运的理想零碳燃料，预计到2025年，这个市场的价值将超过1500亿美元。麦克法伦教授认为，使用碳中和生产技术，也有助于氨成为燃料，有希望在2050年之前取代化石燃料。