Technical Challenges and Prospects in Sustainable Plasma Catalytic Ammonia Production from Methane and Nitrogen

化学 氨生产 催化作用 生化工程 环境科学 工艺工程 纳米技术 有机化学 材料科学 工程类
作者
Fnu Gorky,Ali Omidkar,Hua Song
出处
期刊:Collection of Czechoslovak Chemical Communications [Wiley]
卷期号:88 (7) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/cplu.202300129
摘要

Abstract Ammonia is crucial for human life as an important ingredient for fertilizer, industrial and household chemicals, and is considered as a future fuel alternative and hydrogen storage molecule. There remain no viable alternatives to the energy‐and capital‐intensive Haber–Bosch (H−B) process. Efforts in the development of novel catalytic processes operated at milder conditions (low temperatures and ambient pressure), prominently electrochemistry and non‐thermal plasma (NTP), and utilization of lower‐cost H sources for ammonia formation than the ultrapure H 2 have been witnessed in the last few years. Yet, limited progress from these routes has been made to date given unresolved low ammonia yield and technical challenges. Several rare works attempted to activate methane (CH 4 ) and nitrogen (N 2 ) by non‐thermal plasma to produce ammonia and valued‐added hydrocarbons have proven to be a promising research direction, rivalling the reaction between N 2 and ultrapure H 2 or water. The direct conversion of CH 4 and N 2 to ammonia is still at the beginning level, and it remains unclear that what extent these technologies must be improved to develop a commercial process. Toward this goal, this Perspective critiques current steps and miss‐steps of sustainable plasma catalytic ammonia production from CH 4 and N 2 in terms of technology, plasma‐catalyst synergy, mechanistic insights, and experimental protocols. We discuss mechanistic understandings of catalyst‐promoted ammonia production and translate such discussions as well as key metrics achieved in the field into recommendations of feasible processes for ammonia and value‐added hydrocarbons formation from CH 4 and N 2 .
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