广岛大学自然科学研究支援开发中心的宫冈裕树副教授与该校研究生院先进理工系科学研究科的市川贵之教授等人组成的研究团队宣布，成功开发出了利用氢化锂（LiH）常压合成氨的有效控制技术。该技术着眼于锂的高氮解离能，通过不同于现有贵金属催化工艺的多级化学反应，成功地在常压状态下合成了氨。由于可以利用小规模设备合成，有望成为利用氢能实现脱碳社会的新型储氢法。相关成果已经发布在国际科学期刊《The Journal of Physical Chemistry C》的2月2日号上。
小规模分散型NH3的合成（图片由广岛大学宫冈裕树副教授提供）
日本政府2020年10月宣布在2050年之前实现温室气体净零排放的碳中和。2021年4月发表的第6次能源基本计划着眼于碳中和时代，将氢定位为新资源之一，计划推动氨作为氢储运介质的用途。
氨（NH3）的合成目前大都采用哈柏法，在约500℃和250个大气压以上的高温高压条件下进行，适用于大规模生产化肥等。这种方法对于利用来自可再生能源这种分布不均的自然能源制氢而获得剩余氢气储存和运输而言成本太高，需要有能在低温低压条件下可控的小规模分散型NH3合成技术。
研究团队此前发现，锂具有很高的氮解离能，并进一步开发和公布了可在常压下利用锂合金合成氨的方法。
研究团队此次着眼于锂的高氮解离能，研究了通过与使用贵金属催化剂的现有工艺不同的多级化学反应回收LiH，同时合成NH3的化学循环工艺。
首先，为了了解及控制利用氢化锂（LiH）以下面两个步骤合成NH3，研究团队进行了实验。
反应①氮化反应：4LiH＋N2→2Li2NH＋H2
反应②NH3合成/再生反应：2Li2NH＋4H2→2NH3＋4LiH
实验使用尺寸为数毫米的粉末LiH，在0.1MPa（常压）的条件下，即使加热至500℃时的反应率约为60％，保持20小时后也只有约80％。
为调查原因，利用扫描电镜观察反应①的反应过程后发现，生成物与未反应的样本凝聚在一起。所以为了抑制凝聚，考虑添加化学性质稳定的物质作为反应场所，于是在反应①的LiH中混合了Li2O。
随着Li2O作为反应场所发挥作用，反应速度提高，20分钟内反应率达到100％。并且确认抑制了凝聚。混合Li2O后，反应②的反应速度也获得了提升，实现了100％的反应率。在反应②中，加热到260℃时就开始生成NH3，还确认到再生出了LiH。
该技术通过将氮气和氢气独立导入反应容器可以循环合成NH3，因此能实现小型化。由于是发热反应，除初期的加热外，在原理上被认为可以自行反应。
今后将研究包括热管理在内的反应过程控制，在实际环境中评估特性，并探索成本更低的Li2O替代物质等。该技术已经取得专利，计划1-2年内确立技术。
宫冈副教授表示：“化学循环技术有一个非常大的优点是，与现有技术不同，无需将氮和氢同时放入容器中。在氮和氢的反应时不断切换合成氨作为控制技术而言是一个优点。今后打算在热管理的同时，研究应该如何控制。”
英文论文 Accelerated ammonia synthesis holds promise for conversion of renewable energy
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
