不要浪费,不要用可持续肥料

经过|5月17日,2021年

一种新的可持续氨和尿素合成的方法使用食物废物和棕色作为原料。

图像信用:johny Goerend on insplash

一百七十五万吨尿素,每年生产的简单有机化合物只有8个原子。尽管它的尺寸小,但这种关键的分子靠近令人惊叹的影响。它是现代世界的骨干,支持全球粮食供应的一半作为选择氮浓缩,允许种群远远超出Malthus或Keynes曾经梦寐以求的东西。它消耗了一半的全球氨产量,作为每年价值数十亿美元的经济促销大量的权衡。

©2021 Ghavam,Taylor和Styring

然而,其生产取决于基本上浪费的反应 - 用于制备其氨原料的Haber-Bosch工艺。那么,如果百年历史的反应用更绿色的解决方案取代了什么,会发生什么?

随着全球变暖的迫在眉睫的威胁,消费的大量化石燃料是维持生伙伴博世过程的不可忽略。每吨氨产生两吨二氧化碳,每吨氨都会消耗三十和半兆焦,为每千克氨形成。四分之三的这种能量归因于氢气制品N,通常通过蒸汽改造不可再生的天然气,剩下的四分之一大部分花费在氨生成所需的压缩步骤中。但是这种昂贵的方法并不是一成不变的。和之前的许多工艺一样,最近在化学绿色能源有可能减少反应对环境的巨大影响。

一个这样的示例性发育是合成可持续利用食物废弃物和褐色水的氨和尿素作为原料 - 一个“浪费不想要的经典案例”。由于全球人口上升和温室气体排放的随后增加,该项目突出了通过将它们与三个未治疗的流程进行比较来转移粪便的技术潜力。

在谢菲尔德大学和地球盛大全球LLC的研究人员撰写的研究中,建模利用绿色技术合成氨和尿素的流程的能量强度,温室气体排放和环境影响,以确定与当前生产相比的各自效率流程。包括在研究中是深色发酵生物反应器(DFB),厌氧消化生物反应器(ADB),固态氨固体氧化物燃料电解细胞(SOFEC),膜过滤指数(MFI),电化学膜分离(EMS),固体氧化物燃料电池(SOFC)和固态氧化物燃料电池(SOFC),其用于提供替代的能量和原料来源。

使用食物废物和棕色水作为原料的可持续氨和尿素生产过程的流程图©2021 Ghavam,Taylor和Styring

结果表明,一段厌氧消化法是减少温室气体排放最有效的方法。然而,采用暗发酵工艺、厌氧消化和以水电解为基础的氢源的两级废水处理系统将以最低的能源强度产生氨,使其比传统的Haber-Bosch耦合水电解工艺效率高出近70%。并且比蒸汽甲烷改造结合Haber-Bosch的效率高出近37%。值得注意的是,所研究的所有植物成分都利用了众所周知的系统。使这些计划成为现实的唯一障碍是与废物处理系统集成所需的工程。

化肥带来的好处不容小觑。尽管如此,它的依赖已经变得不可持续使用当前的进程,必须寻求新的进程来取代它们。以太阳能为基础的氨和尿素精炼厂的快速发展为这些变化奠定了令人鼓舞的基础,而废水和棕水是否能给我们提供类似的前景还有待观察。

写道:杰弗里Ozin你们和杰西卡

太阳能燃料集团,多伦多大学,电子邮件:g.ozin@utoronto.ca.网站:www.solarfuels。toronto.ca

参考:Seyedehhoma Ghavam,等,一种新型可持续利用食物废物和棕水制氨工艺的建模与仿真,能源研究的前沿(2021)。DOI:10.3389 / FENRG.2021.600071