孙学军
氢能源的对手来了
2018-7-13 15:38
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  氨(Ammonia),或称“氨气”,氮和氢的化合物,分子式为NH,是一种无色气体,有强烈的刺激气味。极易溶于水,常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨,水溶液又称氨水。降温加压可变成液体,液氨是一种制冷剂。氨也是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料。氨对地球上的生物相当重要,它是许多食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途,同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途,氨是世界上产量最多的无机化合物之一,多于八成的氨被用于制作化肥。

现在这种自然界最常见的化合物又有了新的使命,就是作为绿色可再生能源的载体进入人们的视线。

《科学》杂志最近长文对这个问题进行了介绍。http://www.sciencemag.org/news/2018/07/ammonia-renewable-fuel-made-sun-air-and-water-could-power-globe-without-carbon

氨是一个氮和三个氢原子组成的分子,看起来不是理想的燃料。作为化学物质,可以作为清洁剂,闻起来很刺激,也有毒性。但是这种液体的能量密度几乎是液氢的两倍,可能是氢能源的另一个绿色能源对手。西门子能量存储学者Tim Hughes说,这种液体非常容易运输和填装,可非常方便储存、运输、燃烧,也非常方便地转化为氢气和氮气。在许多方面,都是理想的特征。

全球学者热议“氨经济”。澳大利亚准备在这个领域发挥领导作用。澳大利亚政府已经在可再生技术投入2千万美元,其中包括氨的运输技术。

德国化学家哈伯(F.Haber1868-1934)1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利,即“循环法”,在此基础上,他继续研究,于1909年改进了合成。这是工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题,将氨产品从合成反应后的气体中分离出来,未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。如果氨能代表未来方向,中国这方面有自己的特色和基础。解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂,解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨,而1982年达到1021.9万吨,成为世界上产量最高的国家之一。中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料,生产中能量损耗低、产量高,技术和设备都很先进。

另外,氨是常见生物分子,也具有重要的生物学作用,只不过没有引起足够的重视。

问题是,这种物质的特征都是很明确的,为什么到现在才想到利用?


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