通过Haber-Bosch (H-B)过程的工业规模固氮(NF)主导了人工肥料生产，使作物产量能够养活世界上40%以上的人口。然而，H-B工艺每年消耗全球天然气产量的近3%，并在全球范围内排放超过3亿吨二氧化碳。基于等离子体的气体转化在实现由可再生电力驱动的无碳化肥生产方面具有巨大潜力。目前，在不腐蚀安全壳的情况下维持高效等离子体过程是一个重大挑战，这将限制扩大到更高的功率和吞吐量。将等离子体与任何固体表面隔离是一个优点，这既限制了墙壁的能量损失，又防止了可能导致灾难性土壤污染的物质侵蚀。

有鉴于此，安特卫普大学Seán Kelly等人，介绍了利用微波等离子体将空气中的氮固定到氮氧化物中的高能效方法，利用涡旋气体流将等离子体丝隔离在石英管的中心。

本文要点

1）报告了使用涡流的微波等离子体作为非常有希望的候选者。使用涡流可以实现无电极反应器，这是一个独特的优势，可以消除杂质的风险，例如重金属进入食物链。

2）介绍了通过微波等离子体将空气中的高能效固氮转化为 NOx，使用涡流气流将等离子体灯丝隔离在石英管的中心。

3）发现当增加气体流速和吸收功率时，NOx 的产生会非常有效地扩大规模。记录的最低能源成本约为 2 MJ/mol，NOx 总产量约为 3.8%，是迄今为止报道的大气压等离子体的最低能量成本。

参考文献：

Seán Kelly et al. Nitrogen fixation in an electrode-free microwave plasma. Joule, 2021.

DOI: 10.1016/j.joule.2021.09.009

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.009