农民将氨当作农作物的肥料。图片来源：Pattie Calfy/Getty Images

本报讯 全球农业、制冷系统、造纸和清洁用品等行业每年会使用数亿吨氨。而生产这些氨所消耗的能源约占总能耗的2%，并产生了1.4%的二氧化碳排放。造成这一环境代价的部分原因是生产氨的传统方法需要高温和高压。为了让氨生产更具可持续性，美国莱斯大学的冯阳晨（音）和同事研究用常温反应器替代传统技术。

硝酸盐等氮化合物常见于工业废水或被氮肥污染的农业径流。在这项研究中，当硝酸盐水进入反应器的第一腔室后，电极会产生电化学反应，将液体分解为3种成分：氨、纯净水和氧。其中氨会留在第一腔室，纯净水流入第二腔室，而氧气则进入第三腔室。

因为氨只含氮和氢，所以这种电化学反应不需要废水以外的任何原料。而反应生成的副产品——纯净水也够干净，符合世界卫生组织的饮用水标准。

冯阳晨表示，类似的反应器之前进行过测试，但电极无法在足够的电压下转移电荷使反应发生，除非在废水中加入大量盐。冯阳晨和同事则通过在反应器中间室填充一种多孔材料代替盐的作用，使废水无须预处理就能直接进入反应器，从而使反应器更加实用。

在实验中，该反应器1小时可以处理100毫升与实际硝酸盐浓度接近的水样，并且在连续运行10天后仍能正常工作，其性能与之前更复杂的反应器相仿。

冯阳晨指出，该团队目前仅在实验室中用含硝酸盐的水样测试了反应器，而不是真正的废水。不过在研究人员的最终设想中，企业和农场都可以用这种反应器回收废水，而不必将其送往远方的处理厂，浪费制造氨的潜力。

在最理想的情况下，一个农场可以拥有自己的太阳能或风能反应器。农民能够通过该设备处理当地废水，并且将生产出的氨循环用做燃料或肥料。

冯阳晨说：“我们目前还处于学术研究阶段，但将其应用于现实是我的终极梦想。”

研究人员在8月12日的《自然-催化》发表了这一成果。（冯雨晴）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41929-024-01200-w