人工氮循环用于能源脱碳的挑战与展望

以下文章来源于中国科学杂志社 ，作者《国家科学进展》

化石燃料在当今社会的能源结构中仍占据主导地位，导致了大量的二氧化碳排放。近年来，氨被认为是减少甚至消除二氧化碳排放的清洁能源载体，受到了研究者们的广泛关注。

最近，福州大学研究团队方辉煌和周岩良副研究员等在《国家科学进展》（National Science Open，NSO）发表观点文章，提出了人工氮循环实现能源脱碳的理念（图1），利用可再生能源将大气中的氮气和电解水产生的氢气合成氨，再转化回氮气和水进而释放可利用的能量。

该过程得益于一个多世纪以来世界各地成熟的氨生产、存储和运输基础；现有的高容量基础设施有助于以最低的经济成本高效储存和氨能源的再分配利用。尽管研究者在氮循环反应方面已经取得了较大的进展，但在高效转化路径及催化剂开发方面仍面临许多挑战。

该文对目前氨合成(包括热催化合成、电催化合成和光催化合成等途径)和氨利用(包括氨分解、直接氨燃料电池和氨燃烧等途径)的催化路线进行了评价。热催化、电催化和光催化合成氨的方法可以储存可再生能源，但催化体系相容性差或氨产率低严重阻碍了可再生能源的高效储存。氨的分解、燃料电池和燃烧为可再生能源的释放提供了多种途径，但在探索低温催化剂、提高反应效率与减少有害氮氧化物生成等问题上仍具有挑战性。应合理设计人工氮循环的催化体系、路径和催化剂，以实现能源脱碳，为实现能源系统完全脱碳提供一种可持续途径。

转自：“知社学术圈”微信公众号

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