氨基肥料的固氮形成了现代农业的基础，并调解了全球粮食不安全问题。然而，传统的合成氨具有不可持续的能源和碳足迹。改善氨合成的能源需求和可持续性的尝试受到基本的热催化比例关系、需要高压操作的热力学约束以及依赖矿物衍生的H₂作为反应物的限制。新兴的等离子体活化的固N₂工艺可能会规避这些限制，并利用无CO₂能源和可再生原料实现氨的分散生产。

有鉴于此，美国哥伦比亚大学Jingguang Chen(陈经广)教授等人，对通过等离子活化工艺进行固氮的研究进展进行了综述，并将等离子活化工艺与传统氨合成技术在能效、环境足迹和经济竞争力方面的进行了比较。

本文要点

1）可持续固氮可以抵消与能源密集型常规Haber-Bosch工艺（HB）相关的巨大环境和社会成本。将等离子活化氨合成与HB合成相关的能源需求、二氧化碳排放和商品价格进行了比较。

2）针对H₂源、从天然气到无二氧化碳可再生能源的各种能源和碳定价政策，确定了等离子工艺具有竞争力所需的阈值效率。对可再生能源驱动的模块化氨生产的经济正可行性进行了评估，预计在等离子工艺效率提高6倍后，该生产将具有竞争力。

3）讨论了实现这一阈值的技术前景，包括等离子体催化剂协同作用，N₂与等离子体活化水的直接反应以及等离子体N₂氧化等方面的进展。对理论最低能量的比较表明，等离子体活化固氮所需的能量可能低于HB。

参考文献：

Lea R. Winter et al. N₂ Fixation by Plasma-Activated Processes. Joule, 2020.

DOI: 10.1016/j.joule.2020.11.009

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.11.009