編譯韋士塔

當前市面上的化學肥料，大多數是由大型的化工廠製造，生產過程需要消耗大量的能源來產生高壓和高溫，以便把氮氣和氫氣結合成為氨氣。

美國麻省理工學院（MIT）的化學工程師們指出，化肥的生產過程相當不環保，除了必須使用許多能源，也會排放大量溫室氣體；此外，由於化肥的生產集中在少數製造商手中，運送至各地時也產生驚人的碳足跡。運輸的高成本，也讓一些偏遠地區的農民無力負擔，難以獲得化肥。

為了改善這些狀況，MIT的化學工程師正在研究一種規模較小的替代方案，他們希望利用這種創新的生產技術，為非洲撒哈拉以南偏遠地區的農民在當地生產化肥。這項研究的內容已發表在《自然催化》（Nature Catalysis）期刊。

研究團隊目前正在開發的新方法，是以電流和鋰催化劑，透過化學反應讓氫氣和氮氣結合。參與這項研究的MIT化學工程助理教授曼席拉姆（Karthish Manthiram）表示：「我們的構想是開發一款裝置，搭載太陽能面板，能夠進氣、排氣、吸水，最後產生化肥所需的氨氣；這種裝置相對輕便，可供單獨一位農民或一小群農民使用。」

報告指出，過去百餘年來，肥料的生產一直採用「哈伯法」（Haber-Bosch process），把大氣中的氮與氫氣結合，形成氨。這種技術使用的氫氣，通常是從天然氣或其他化石燃料中提取的甲烷中獲得。由於氮氣是惰性氣體，必須透過攝氏500度以上的高溫，和200大氣壓力（atm）以上的高壓，才能讓氮氣與氫氣產生反應，形成氨氣。

傳統的化學肥料工廠以這種技術每天生產數千噸氨，但運作成本很高，且會排放大量二氧化碳。研究人員指出，在所有大量生產的化學品中，氨是溫室氣體排放的最大來源。

MIT的團隊希望他們研發的新製程，能夠減少排放；此外，透過較小型的裝置分散生產，還有其他優點；目前全球許多地方都缺乏分銷化肥的基礎設施，取得化肥的成本很高；曼席拉姆表示：「次世代的製氨方法，理想特點之一是分散式生產。簡單來說，就是在需要使用化肥的地區在地生產，這將兼具許多好處，包括降低成本、減少排放，還能減少碳足跡。」

MIT的團隊決定嘗試以電流產生與「哈伯法」同樣的效果，曼席拉姆指出，過去的研究已證實，電壓可以改變化學反應，進而形成氨，但過去無法使用這種方式生產化肥的原因，是需要使用的溶劑「四氫呋喃」（THF）價格過於昂貴，不符成本效益。

MIT的團隊的構想，是以氫氣取代THF，成為氫原子的來源。他們設計了一種不鏽鋼網狀電極，在電極網塗上鋰催化劑，之後就能讓電極表面上的氮氣與溶解在乙醇中的氫氣產生化學作用，轉化為氨氣。

曼席拉姆表示，他們設計的裝置體積輕巧，也可以串聯使用，能夠依照各地的需求彈性調整產能。未來若能擴大推廣，不僅可以造福許多農民，也能為環境保育貢獻一份力量。