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アンモニアは世界で最も生産されている化合物の 1 つで、肥料、化学合成、エネルギー貯蔵などの分野で広く使用されており、世界のアンモニア需要は年間 1 億 8,000 万トンに達します。製造プロセスで使用される高温と高圧、および原料としての水素の広範な使用により、アンモニアの製造は世界の二酸化炭素排出量の 1.4% に寄与し、毎年世界のエネルギーの 2% を消費します。同時に、農業および工業プロセスから流出する硝酸塩は水資源を汚染する可能性があります。

エネルギー消費量が多く、環境に優しくないアンモニアの生成の問題を解決するにはどうすればよいでしょうか? 「Nature Catalysis」の最新号では、硝酸塩を含む廃水をアンモニアと精製水に変換できる新しい電気化学的アンモニア製造方法を報告しています。これは一石二鳥と言えます。

現在、アンモニアの製造は主にハーバー・ボッシュ法に依存しています。生成されたアンモニア溶液は、支持電解質（塩）と混合された後、非常に高濃度に達し、その後分離されてアンモニア生成物が得られます。米国ライス大学のWang Haotian教授のチームは、廃水をアンモニアと精製水に変換できる3室の電気化学装置を設計した。この廃水は装置に供給され、多孔質固体電解質層を通って流れ、硝酸塩溶液が水とアンモニアガスに変換されます。アンモニアガスが生成されると同時に硝酸塩汚染物質が水から除去されるため、さらなる精製手順が不要になります。

このプロセスは効率的であり、追加の支持電解質を必要とせずに、工業廃水に一般的な硝酸塩濃度 (2,000 ppm、2000 ppm) で精製水とアンモニアを生成します。

研究チームはまた、この技術の技術経済的評価 (TEA) も実施しました。その結果、電気化学的アンモニア合成の現在のコストは、従来のハーバー・ボッシュ法よりも依然として高いものの、硝酸塩廃水処理の潜在的な利益が減少することが示されました。考慮すると、この One テクノロジーは明らかな競争上の優位性を示しています。 「私たちの技術は、アンモニアのグリーン合成に新たな可能性をもたらし、地球規模の窒素循環のバランスを達成するのに役立ちます」とWang Haotian教授は強調した。

研究チームは、現在の革新的なアンモニア生成装置は、より環境に優しいアンモニア生成方法を実現し、廃水処理に役立つと考えています。彼らはまた、これらの実験は実験室環境に基づいており、これらの装置が現実世界の環境で適用可能かどうかを評価するには今後の研究が必要であるとも述べた。