零排放！零污染！在地表下更高效的生产肥料！

现在，研究人员能够利用地球地下的自然热量和压力将氨转化为肥料。之前，这一过程主要依赖高耗能的反应器来产生高温和高压。1月22日，发表在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Joule的一项概念验证研究显示，研究人员通过混合含氮的水与富含铁的岩石来产生氨，而不需要任何能量输入或二氧化碳排放。这一新方法可能提供了一种比现有方法更可持续的替代方案，理论上可以生产出足够用242万年的氨。

这个想法源于20世纪80年代人们在西非马里观察到的一种不寻常的地质现象。当地居民发现了一口充满氢气的井，科学家后来将其追溯到地表下的水—岩石化学反应。

“这是一个‘顿悟’的时刻。”论文通讯作者、美国麻省理工学院（MIT）的Iwnetim Abate说，“我们也许可以把地球当作一个工厂，利用它的热量和压力，就能以更清洁的方式生产氨等有价值的化学物质。”

氨是化肥的关键成分，未来有望成为清洁燃料。但今天的工业氨生产是能源密集型的，消耗了全球约2%的能源，每生产一吨（2204磅）的氨，就会释放约2.4吨（5291磅）的二氧化碳，使其成为化工行业最大的二氧化碳排放源。

为了测试“地球工厂”，Abate团队建立了一个模拟地下环境的岩石—水反应系统。他们将合成的富含铁的矿物暴露在含氮的水中，引发化学反应，氧化岩石并产生氨，该团队将其称为“地质氨”。该过程不需要能量输入，不排放二氧化碳，甚至能在环境条件下工作。

然后，研究小组用橄榄石（一种天然含铁岩石）交换了合成矿物，以更好地模拟自然场景。他们通过添加铜催化剂并将温度调至300°C（572°F）进一步优化了这一过程。在21小时内，每吨橄榄石（2204.6磅）生产了约1.8千克（4磅）氨，证明了该方法的可行性和可持续性。

Abate说：“这些岩石遍布世界各地，所以这种方法可以在全球范围内广泛应用。”但还有一些复杂问题需要解决。具体实施将涉及在地球深处钻入富含铁的岩石，注入含氮的水，并要解决岩石如何破裂、膨胀以及气体和液体相互作用等复杂问题。Abate正在努力扩大试验规模，包括在2026年之前通过他联合创立的阿迪斯能源公司进行中试。

这个想法的经济前景令人鼓舞。生产地质氨的成本约为每千克0.55美元，而传统方法的价格为0.40至0.80美元。这项研究也可能为解决废水污染开辟新的途径。

“氮被认为是废水中的污染物，去除它们需要花费金钱和能源。”论文第一作者、麻省理工学院的Yifan Gao说，“但我们或许可以利用废水生产氨。这是一个双赢的策略。”将废水处理与氨生产结合起来，每千克氨可以产生3.82美元的额外利润。

“氨对生命非常重要。”论文通讯作者、麻省理工学院的李巨说。除了微生物之外，地球上产生氨的唯一自然方式是通过闪电击中氮气。“这就是为什么当你思考生命的起源时，氨的地质生产是非常有趣的。”