農業、制冷系統、造紙和清潔用品等行業每年使用數億噸氨。生成如此大量的氨消耗了約2%的總能耗，并產生了全球1.4%的二氧化碳排放。
造成這一環境代價的部分原因是傳統生產氨的方法需要高溫高壓。為了讓氨生產更具可持續性，美國萊斯大學的Feng-Yang Chen和同事希望用常溫反應器來替代傳統技術。
硝酸鹽等氮化合物常見于工業廢水或被氮肥污染的農業徑流。當含有硝酸鹽的水進入該研究團隊反應器的第一間室后，電極會產生電化學反應，將液體分解為三種成分：氨、純凈水和氧。其中氨會留在第一間室，純凈水流入第二件室，而氧氣則進入第三間室。
因為氨只含氮和氫，其電化學反應不需要廢水以外的任何額外原料。反應生成的副產品——純凈水能夠達到世界衛生組織（WHO）的飲用水標準。
Chen表示，類似的反應器在之前進行過測試，但其電極無法在足夠電壓下轉移電荷使反應發生，除非在廢水中加入大量鹽。Chen和同事通過在反應器中間室填充一種多孔材料代替了鹽的作用，讓廢水能夠無需預處理直接進入反應器，使反應器更實用。
在實驗中，該反應器一小時可以處理100毫升與現實硝酸鹽濃度接近的水樣，并且在連續運行10天后仍保持良好的工作狀態，其性能與此前設計更復雜的反應器相仿。
Chen指出，該團隊目前僅在實驗室中用含硝酸鹽的水樣測試過，但還沒有用含硝酸鹽以外成分的現實廢水進行測試。不過在研究人員的最終設想中，本地企業和農場都可以用這種反應器回收廢水，不必將廢水送去遠方的處理廠，并浪費用其制造氨的潛力。
在最理想的情況下，農場可以擁有自己的太陽能或風能反應器。農民能夠通過該設備來處理當地廢水，并且將生產出的氨立即重新用做燃料或肥料。
Chen說：“我們目前還處于學術研究階段，但將其應用于現實中是我的終極夢想。”
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41929-024-01200-w