Science评论:氨,人类摆脱能源危机的新希望?红枣馒头的做法
氢能源是公认的清洁能源,一直被研究者关注,但是纯氢供给目前还没有一种经济有效的方法。氨(NH3)也是一种储氢燃料,尽管它看起来并不“理想”:由1个氮原子与3个氢原子结合而成,目前主要应用于制备农业肥料和清洁剂,闻起来令人恶心且有毒。
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现代合成氨工业。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. [1]在爱的名义下
2020年什么年但实际上,在储氢方面,氨的表现要比它的味道好得多。氢气必须冷却到低于−253 ℃才能液化,这意味着已消耗了氢气燃料三分之一的能量,储存的容器更需要特殊的隔热降温设施,成本高昂,危险性大。相比之下,氨气加一点压力就可以在−曾国藩简介10 ℃时液化,能量损失不多,还很安全,便于储存和运输。并且液态氨的体积能量密度几乎是液态氢的2倍,相同体积的容器可以储存更多能量。制造业巨头Siemen的能源储存研究人员Tim Hughes说,“氨易于存储、运输、使用,可以容易地变成氮气和氢气。从很多方面来说,氨都是理想的能量来源” [2]。真正的问题,在于如何廉价、高效、绿色地制备氨。
尽管地球大气中含有将近80%的氮气,但要用这种看似触手可得的原材料合成氨却并不容易,氮气中稳定的氮氮三键很难打开,目前工业合成氨沿用的是有着百年历史的“哈伯法”(Haber-Bösch process),一个高中就学过的化学方程式:
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该方法实现了工业上第一个加压催化过程,是催化工艺发展史上的一个里程碑,引发了肥料生产的变革,促进了全球粮食产品史无前例的增长。“哈伯法”的发明者Fritz Haber和Carl Bösch也因此分别获得了1918年和1931年的诺贝尔化学奖。
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Fritz Haber (1868–1934) 和Carl Bösch (1874–1940)
对于Fritz Haber,历史上评价喜忧参半,有人评价他奠定了催化合成氨的基础,不过也因此为德国在一战中源源不断地输送了硝化甘油等炸药。同时,他还是化学武器的始作俑者,氯气、光气的使用,造成了数百万人的伤亡。赞扬Haber的人说,他是天使,为人类带来丰收和喜悦,是用空气制造面包的圣人;诅咒他的人说,他是魔鬼,给人类带来灾难、痛苦和死亡。财务流程