地表下 造肥料 美国麻省理工学院的科学家在一项新研究中利用地球地下的自然热量和压力将氨转化为肥料。之前，这一过程主要依赖高耗能的反应器来产生高温和高压。研究者通过混合含氮的水与富含铁的岩石来产生氨，而不需要任何能量输入或二氧化碳排放。这一新方法可能提供了一种比现有方法更可持续的替代方案，理论上可以生产出足够用242万年的氨。相关研究1月22日发表于《焦耳》。 这个想法源于20世纪80年代人们在西非马里观察到的一种不寻常的地质现象。当地居民发现了一口充满氢气的井，科学家后来将其追溯到地表下的水—岩石化学反应。 “这是一个‘顿悟’的时刻。”论文通讯作者、麻省理工学院的Iwnetim Abate说，“我们也许可以把地球当作一个工厂，利用它的热量和压力，就能以更清洁的方式生产氨等有价值的化学物质。” 氨是化肥的关键成分，未来有望成为清洁燃料。但今天的工业氨生产是能源密集型的，消耗了全球约2%的能源，每生产一吨（2204磅）的氨，就会释放约2.4吨（5291磅）的二氧化碳，使其成为化工行业最大的二氧化碳排放源。 为了测试“地球工厂”，Abate团队建立了一个模拟地下环境的岩石—水反应系统。他们将合成的富含铁的矿物暴露在含氮的水中，引发化学反应，氧化岩石并产生氨，该团队将其称为“地质氨”。该过程不需要能量输入，不排放二氧化碳，甚至能在环境条件下工作。 然后，研究小组用橄榄石（一种天然含铁岩石）交换了合成矿物，以更好地模拟自然场景。他们通过添加铜催化剂并将温度调至300°C（572°F）进一步优化了这一过程。在21小时内，每吨橄榄石（2204.6磅）生产了约1.8千克（4磅）氨，证明了该方法的可行性和可持续性。 Abate说：“这些岩石遍布世界各地，所以这种方法可以在全球范围内广泛应用。”但还有一些复杂问题需要解决。具体实施将涉及在地球深处钻入富含铁的岩石，注入含氮的水，并要解决岩石如何破裂、膨胀以及气体和液体相互作用等复杂问题。Abate正在努力扩大试验规模，包括在2026年之前通过他联合创立的阿迪斯能源公司进行中试。 这个想法的经济前景令人鼓舞。生产地质氨的成本约为每千克0.55美元，而传统方法的价格为0.40至0.80美元。这项研究也可能为解决废水污染开辟新的途径。 “氮被认为是废水中的污染物，去除它们需要花费金钱和能源。”论文第一作者、麻省理工学院的Yifan Gao说，“但我们或许可以利用废水生产氨。这是一个双赢的策略。”将废水处理与氨生产结合起来，每千克氨可以产生3.82美元的额外利润。 “氨对生命非常重要。”论文通讯作者、麻省理工学院的李巨说。除了微生物之外，地球上产生氨的唯一自然方式是通过闪电击中氮气。“这就是为什么当你思考生命的起源时，氨的地质生产是非常有趣的。” 相关论文信息： http://doi.org/10.1016/j.joule.2024.12.006