印度尼西亞國家研究與創(chuàng)新署（BRIN）一名研究人員近日宣布，成功開發(fā)出一種環(huán)保型氮肥制備方法，通過新型等離子體技術(shù)在常溫常壓條件下合成氨，為傳統(tǒng)高能耗化肥生產(chǎn)路徑提供了潛在替代方案。

據(jù)印尼國家通訊社報(bào)道，研究人員德尼·斯萬托莫表示，該方法采用介質(zhì)阻擋放電（DBD）等離子體技術(shù)，利用電能直接將氮?dú)馀c水轉(zhuǎn)化為氨，而無需依賴傳統(tǒng)工業(yè)制氨所需的高溫、高壓及額外氫氣供應(yīng)。

目前全球主流的氨生產(chǎn)依賴哈柏-博施工藝，該工藝需要在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行，不僅能耗極高，也會產(chǎn)生大量碳排放，被認(rèn)為是化肥工業(yè)中碳足跡較大的環(huán)節(jié)之一。相比之下，新技術(shù)通過電能激發(fā)氣體形成等離子體，使氮?dú)廪D(zhuǎn)化為活性氮物種，再與水分子反應(yīng)生成氨，從而大幅降低對化石能源的依賴。

德尼解釋稱，在該系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)獨(dú)馔ㄈ氩⑹┘与娔芎?，會形成等離子體狀態(tài)，產(chǎn)生高活性氮物種。這些物質(zhì)隨后與水反應(yīng)，將水分解為氫自由基和羥基自由基，并進(jìn)一步與氮結(jié)合生成氨分子，從而完成轉(zhuǎn)化過程。

研究團(tuán)隊(duì)還對該技術(shù)的多個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)測試，包括氮?dú)饬魉?、電功率、電極間距、水質(zhì)類型以及酸堿度等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在氮?dú)饬魉贋槊糠昼?.4升、功率75瓦、電極間距1厘米，并使用pH約為5的去離子水條件下，氨生成效率達(dá)到最佳狀態(tài)。

在最優(yōu)條件下，30分鐘內(nèi)氨濃度可達(dá)到19.7ppm，顯示出該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中具備穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化能力。

值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)水質(zhì)對氨產(chǎn)率影響顯著。使用去離子水時產(chǎn)率明顯高于自來水，這是因?yàn)樗械V物質(zhì)成分可能引發(fā)副反應(yīng)，從而抑制氨的形成。同時，紫外線照射也會降低氨濃度，因?yàn)槠鋾铀侔钡姆纸膺^程。

德尼表示，該研究證明，基于DBD等離子體的簡單系統(tǒng)無需催化劑、復(fù)雜預(yù)處理或額外氫氣供應(yīng)，即可實(shí)現(xiàn)氨的合成，這為未來低碳化肥生產(chǎn)提供了新的技術(shù)思路。

不過他也強(qiáng)調(diào)，目前該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)量規(guī)模有限，尚無法與工業(yè)級哈柏-博施工藝相比，距離商業(yè)化應(yīng)用仍需進(jìn)一步優(yōu)化與放大實(shí)驗(yàn)。

盡管如此，該成果仍被認(rèn)為具有重要意義。在全球農(nóng)業(yè)對化肥需求持續(xù)增長、同時面臨減排壓力的背景下，這類低能耗、低排放的新型制氮技術(shù)，有望在未來為可持續(xù)農(nóng)業(yè)與糧食安全提供支持。