氨作为全球最广泛生产的化学品之一，主要用于肥料生产，同时也用于制造某些塑料、纺织品和其他产品。通过需要高温高压的生产过程，其生产占整个化学行业所有温室气体排放量的高达20%，因此全球范围内一直在努力寻找减少这些排放的方法。
现在，MIT的研究人员想出了一种巧妙的方法，将两种不同的氨生产方法结合起来，最大限度地减少副产品，并结合一些其他简单的升级，与当今使用的领先"低排放"方法相比，可将生产过程中的温室气体排放减少高达63%。
氨生产的历史与挑战
直到19世纪末，使用最广泛的氮肥来源是蝙蝠或鸟类鸟粪矿藏，主要来自智利，但这一来源开始枯竭，有人预测世界将很快缺乏足够的食物来维持人口。但随后，一种被称为哈伯-博世法的新化学工艺（以其发明者命名）使得利用空气中的氮和氢（主要来自甲烷）制造氨成为可能。然而，为提供所需热量而燃烧化石燃料以及使用甲烷制造氢气都导致了该过程产生大量气候变暖的排放。
蓝氨与绿氨的发展
为解决这一问题，已经开发了两种较新的氨生产变体：所谓的"蓝氨"，其中温室气体在工厂内直接捕获并封存到地下；以及"绿氨"，通过不同的化学途径生产，使用电力而非化石燃料来电解水制造氢气。
MIT能源倡议(MITEI)主任、化学工程系Hoyt C. Hottel教授William H. Green表示，蓝氨已经开始使用，目前路易斯安那州有几个工厂在运营，氨主要运往日本，"这已经有点商业化"。世界其他地区也开始使用绿氨，特别是在拥有大量水电、太阳能或风能提供廉价电力的地方，包括目前在沙特阿拉伯建设的一个大型工厂。
但在大多数地方，蓝氨和绿氨仍然比传统的基于化石燃料的版本更昂贵，因此世界各地的许多团队一直在努力尽可能降低这些成本，使差异足够小，可以通过税收补贴或其他激励措施来弥补。
融合创新：蓝绿氨联合生产
MIT研究人员提出的新系统的关键在于将两种现有方法整合在一个设施中，即在绿氨厂旁边建设一个蓝氨厂。为绿氨厂生产氢气的过程会产生大量剩余氧气，这些氧气只是排放到空气中。另一方面，蓝氨使用一种称为自热重整的过程，需要纯氧来源，因此如果旁边有绿氨厂，就可以利用这些多余的氧气。
Green教授表示："将它们并排放置会产生显著的经济价值。"这种协同效应可以帮助混合的"蓝绿氨"设施成为未来最终由最清洁的绿氨主导的重要桥梁。但他表示，这个未来可能还需要几十年时间，因此拥有联合工厂可能是沿途的重要一步。
经济可行性与未来前景
"在经济上具有吸引力可能还需要很长时间，"他说。"目前，除了在非常特殊的情况下，还远远不够。"但联合工厂"可能是一个非常有吸引力的概念，也许是启动这个行业的好方法"，因为迄今为止，只有小型独立的绿氨示范工厂正在建设中。
他表示："如果绿氨或蓝氨要成为制造氨的新方式，你需要找到在许多国家使其相对负担得起的方法，无论他们拥有什么资源。"他说，这个新提出的组合"看起来是一个非常好的想法，可以帮助推动事情发展。最终，必须在许多地方建设许多绿氨工厂，而以现在可能更负担得起的联合工厂开始，可以帮助实现这一目标。"该团队已为该工艺申请了专利。
技术与经济分析
尽管该团队对技术和经济进行了详细研究，表明该系统具有巨大潜力，但Green指出："从未有人建造过这样的设施。我们做了分析，看起来不错，但当人们建造第一个时，他们肯定会发现一些需要关注的小问题，"例如如何启动或关闭过程的细节。"我认为还有大量额外的工作要做，才能使其成为一个真正的行业。"
然而，这项研究的结果显示，成本比现有的独立蓝氨或绿氨厂低得多，" definitely encourages the possibility of people making the big investments that would be needed to really make this industry feasible."
专家评价与影响
根特大学可持续化学中心教授Kevin van Geem（未参与此项研究）表示，这种两种方法的整合"提高了效率，减少了温室气体排放，并降低了总体成本"。"分析是严格的，使用了经过验证的工艺模型、透明的假设，并与文献基准进行了比较。通过结合技术经济分析与排放核算，这项工作对权衡取舍提供了可信和平衡的观点。"
他补充道："鉴于全球氨生产的规模，这样的减少可能对脱碳排放最密集的化学行业之一产生高度影响。"
研究团队与支持
该研究团队还包括MIT博士后Angiras Menon和MITEI研究主管Guiyan Zang。这项研究得到了通过MIT能源倡议的IHI日本以及马丁可持续发展研究员协会的支持。
氨的多元化应用
Green表示，氨作为运输燃料"确实有效"，它可以为从无人机到驳船、拖船和卡车的一切提供动力的燃料电池供电。"人们认为，这类市场最可能是航运，"他说，"因为氨的缺点是有毒且有气味，这使得处理和运输有些危险。"因此，它的最佳用途可能是在大量使用且相对偏远的地方，比如公海。事实上，国际海事组织即将投票表决可能为航运的氨替代品提供强劲推动的新规则。
随着人口增长和财富增加，对氮肥的需求将不断增加，与此同时，氨作为一种有前途的替代燃料，可以为难以脱碳的运输工具（如货船和重型卡车）提供动力，这可能导致对这种化学品的更大需求。
结论与展望
这项研究为氨生产提供了一个创新的解决方案，通过蓝绿氨的联合生产，不仅能够显著减少温室气体排放，还能降低生产成本，为化学工业的可持续发展开辟了新途径。随着全球对清洁能源和可持续解决方案的需求不断增长，这项技术有望在未来几年内得到更广泛的应用，为实现碳中和目标做出重要贡献。
MIT研究人员在实验室测试新型蓝绿氨联合生产技术
全球氨生产分布与减排潜力分析
氨生产技术的创新不仅关乎环境保护，也关系到全球粮食安全和能源转型。随着这项技术的不断完善和推广，我们有理由相信，未来的氨生产将更加清洁、高效，为人类社会的可持续发展提供有力支撑。
