氨基肥料的固氮形成了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，并調(diào)解了全球糧食不安全問題。然而，傳統(tǒng)的合成氨具有不可持續(xù)的能源和碳足跡。改善氨合成的能源需求和可持續(xù)性的嘗試受到基本的熱催化比例關(guān)系、需要高壓操作的熱力學(xué)約束以及依賴礦物衍生的H2作為反應(yīng)物的限制。新興的等離子體活化的固N(yùn)2工藝可能會規(guī)避這些限制，并利用無CO2能源和可再生原料實(shí)現(xiàn)氨的分散生產(chǎn)。
有鑒于此，美國哥倫比亞大學(xué)Jingguang Chen(陳經(jīng)廣)教授等人，對通過等離子活化工藝進(jìn)行固氮的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并將等離子活化工藝與傳統(tǒng)氨合成技術(shù)在能效、環(huán)境足跡和經(jīng)濟(jì)競爭力方面的進(jìn)行了比較。
本文要點(diǎn)
1）可持續(xù)固氮可以抵消與能源密集型常規(guī)Haber-Bosch工藝（HB）相關(guān)的巨大環(huán)境和社會成本。將等離子活化氨合成與HB合成相關(guān)的能源需求、二氧化碳排放和商品價(jià)格進(jìn)行了比較。
2）針對H2源、從天然氣到無二氧化碳可再生能源的各種能源和碳定價(jià)政策，確定了等離子工藝具有競爭力所需的閾值效率。對可再生能源驅(qū)動的模塊化氨生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)正可行性進(jìn)行了評估，預(yù)計(jì)在等離子工藝效率提高6倍后，該生產(chǎn)將具有競爭力。
3）討論了實(shí)現(xiàn)這一閾值的技術(shù)前景，包括等離子體催化劑協(xié)同作用，N2與等離子體活化水的直接反應(yīng)以及等離子體N2氧化等方面的進(jìn)展。對理論最低能量的比較表明，等離子體活化固氮所需的能量可能低于HB。
參考文獻(xiàn)：
Lea R. Winter et al. N2 Fixation by Plasma-Activated Processes. Joule, 2020.
DOI: 10.1016/j.joule.2020.11.009
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.11.009
