麻省理工学院的零能耗技术可在地下酿造氨水

氨作为一种未来燃料具有巨大的潜力，但目前的大多数生产方法使其成为一种肮脏的能源。然而，麻省理工学院的一种新方法可以利用地球的岩石和自然热量来提取这种化合物，从而大大净化了这一过程。

目前，氨是世界上产量第二大的化学品，其中约80%用作农业肥料。然而，目前的氨生产方法消耗了全球约2%的化石燃料能源，并排放了全球约1%的人为温室气体。换句话说，每生产一吨氨，就会释放出约2.4吨二氧化碳（CO2）。

不过，这种由氮气和氢气组成的化合物在电力领域具有巨大的潜力，因为按重量计算，它可以储存的能量是目前锂电池的20多倍。如果管理得当，它还可以清洁燃烧。因此，绿色氨生产可以在满足我们的能源需求和减少碳排放方面大有作为。

最近，实现这一目标的进程正在加快。去年8月，三家丹麦能源公司建成了世界上第一座绿色氨水工厂，据说仅利用太阳能和风能每年就能生产5000吨氨水。2026年，世界上第一艘以氨水为动力的清洁集装箱船将在挪威下水。这些项目与世界首台零排放氨电动半自动和首台氨动力拖拉机一起展示了这种燃料的绿色潜力。

现在，麻省理工学院的研究人员通过撰写一份研究报告，展示了如何在不引入任何外部能源的情况下生产出二氧化碳零排放的清洁氨水，从而为清洁氨水的发展潜力增添了新的动力。

该研究的资深作者伊尼蒂姆-阿巴特（IwnetimAbate）说，这个想法来自西非马里的一口井。这口不寻常的水井于20世纪80年代首次被发现，井内充满了氢气流。经确定，这些气体来自地表深处岩石中的化学物质与水的反应。

"这是一个'啊哈'时刻，"阿贝特说。"我们或许可以把地球当作一个工厂，利用地球的热量和压力，以更清洁的方式生产氨等有价值的化学物质。"

为了找出答案，阿贝特和他的团队建立了一个模型系统，让他们能够将氮强化水注入合成富铁矿物中，模拟地球表面下的富铁矿物。果然，这一过程产生了氨，而不产生任何二氧化碳，也不需要任何外部能量来促进化学过程。

然后，他们用橄榄石（一种自然界中富含铁的岩石）取代了合成铁。在这种情况下，他们还加入了铜催化剂，并将系统加热到300°C（572°F），以模拟地球表面下数英里处的温度。他们发现，水中的氮与铁反应生成清洁的氢，氢又与氮反应生成氨。在这一过程中，每吨橄榄石可产生1.8千克（4磅）氨。

阿贝特说："这些岩石遍布世界各地，因此这种方法可以在全球范围内广泛应用，我们还需要解决另一个层面的复杂问题。"这种复杂性包括在地球深处钻探、注入氮强化水以及处理产生的液体和气体与基岩相互作用的方式时可能出现的问题。

尽管如此，阿贝特仍然希望他的团队的概念验证工作能够为生产绿色氨开辟另一条途径，并希望在一两年内对该系统进行实际测试。他甚至表示，该系统可以利用废水中的氮来运行。

美国地质调查局地质学家杰弗里-埃利斯（GeoffreyEllis）说："这是未来可持续发展的重大突破。虽然显然还有更多的工作要做，以便在试验阶段进行验证，并将其推向商业规模，但已经展示的概念确实具有变革性。设计一个系统来优化铁还原硝酸盐的自然过程，这种方法非常巧妙，很可能会带来更多的创新。"

该研究小组已为其发现申请了专利。研究论文发表在Joule期刊上。