氨作为高效的氢载体和绿色钢铁推动者

当谈到可持续性和绿色钢铁时，每个人都在谈论氢。但目前储存和运输氢气的方法需要高压和低温，这在能源和经济上都是昂贵的。众所周知，氨是一种良好的氢载体。Yan Ma及其同事表明，氨不仅可以用于携带氢气，还可以用于直接还原铁，这使得氨成为克服氢气缺点的可行候选者。

马克斯·普朗克材料科学家使用氨进行可持续的炼铁和炼钢。他们在《先进科学》杂志上发表了他们的最新发现。

钢铁生产是目前全球变暖的最大单一原因，约占全球一氧化碳的7%2排放。为了减少这些排放，该行业的科学家正在深入研究氢基炼铁方法，作为替代碳还原剂的可持续途径。

虽然铁矿石的氢基直接还原很有希望，但研究人员面临着一个主要挑战：为了使整个炼钢过程对气候友好，使用的能源和氢气本身应该以可持续的方式生产。但市场缺乏足够的绿色氢，目前的氢气储存和运输方式需要高压和低温，这在能源和经济上都成本高昂。

马克斯-普朗克研究所(MPIE)的研究人员通过使用氨作为氢载体和铁的还原剂来应对这一挑战。他们比较了氨基直接还原与氢基直接还原生产的钢铁，分析了新工艺和成本的特征，并将他们的结果发表在《先进科学》杂志上。

氨作为直接还原剂具有几个优点

全世界需要越来越多的氢气，但氢气的储存和运输很棘手：由于其体积能量密度低，它必须在非常低的温度或高压下储存。这些条件消耗氢气提供的隐含化学能的30%。相比之下，氨已经在全球范围内以成熟的物流进行交易，并且被认为是液化成本低的优秀氢气载体。

“我们的目的是研究氨是否可以直接用于还原铁矿石，而不会将其裂解成氢气和氮气。避免这种裂解过程可以将总成本降低18%。此外，我们分析了氨作为还原剂如何影响还原铁的性质，“MPIE组长，该出版物的第一作者Yan Ma博士解释说。

科学家们在一个实验室规模的反应器中引入了氨，铁矿石被还原成所谓的海绵铁。在此过程中，热重法与质谱法相结合，测量了重量和气体成分，显示了还原程度和氨分解的开始。“基于氨的直接还原通过自催化反应进行。我们将它的动力学与氢基直接还原进行了比较。两者都具有相似的特性，并产生相同的金属化程度。与氢基还原相比，氮化物在氨中冷却时形成，这可以保护海绵铁免受腐蚀并使其更易于处理，“Ma解释说。

氮化物相可以在随后的熔融过程中完全溶解和去除，这是下游加工所必需的。此外，氨分解的另一种产物氮气可以作为竖炉中的热载体，以保持反应温度并提高铁矿石还原的效率。

展望：合成绿氨，调整铁还原工艺

基于氨的直接还原连接两个最 CO2集约化工业、钢铁和氨生产，共同为可持续转型铺平了道路。此外，通过使用氨，克服了氢气的物流和能量缺点，并且只需稍加修改即可使用现有的炉子技术，即竖炉和电弧炉。

在下一步中，马克斯·普朗克团队将测试不同的工艺参数，如温度或气体混合物，以加快基于氨的还原工艺，以实现广泛的工业应用。