減少能源 降低成本 造福非洲農民 電擊造氨 偏鄉自製化肥

編譯韋士塔 |2020.08.08
607觀看次
字級
大型工廠製造化肥時,會產生大量溫室氣體。圖╱美聯社
化肥的運輸成本偏高,讓偏遠地區的農民難以負擔。圖╱法新社
傳統化肥生產設備相當龐大,並且消耗大量能源。圖╱美聯社

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。

熱門新聞
訂閱電子報
台北市 天氣預報   more..

《人間福報》是一份多元化的報紙,不單只有報導佛教新聞,乃以推動祥和社會、淨化人心為職志,以關懷人類福祉、追求世界和平為宗旨,堅持新聞的準度與速度、廣度與深度,關懷弱勢族群與公益;強調內容溫馨、健康、益智、環保,不八卦、不加料、不阿諛,希冀藉由優質的內涵,體貼大眾身心靈的需要、關懷地球永續經營、延續宇宙無窮慧命,是一份承擔社會責任的報紙。自許成為「社會的一道光明」的《人間福報》任重而道遠,在秉持創辦人星雲大師「傳播人間善因善緣」的理念之際,更將堅持為社會注入清流,讓福報的發行為人間帶來祥和歡喜,具體實現「人間有福報,福報滿人間」的目標。

App

Copyright © 2020 人間福報 www.merit-times.com
All Rights Reserved.