只用電和空氣，也能造出氨氣！
氨是日常生活中非常重要的化學物質，不論農業或工業都需要大量使用。在過去，氨的製造非常困難，直到十九世紀發明了哈柏法方才能夠大量製造，這項發現使得農工業徹底被改變。然而哈柏法過程需要大量使用石化燃料，在講求環保、永續的現代，急需另尋替代方案。所幸澳洲大學的團隊正在開發「用電製氨」的方法，若能持續發展與改善，或將成為未來能源轉型的重要一環。
撰文｜科學人雜誌
氨，是一種化學式為NH3的無色氣體，是現代社會不可或缺的基礎物質。它是肥料的關鍵成分，為全球糧食生產提供養分，同時也因帶有三個氫原子，可望成為未來潔淨能源的重要載體。然而，氨的製造方式卻長期與化石燃料緊密相連，產生龐大的碳足跡。
一個多世紀以來，全球氨的生產幾乎都依賴「哈柏法」（Haber process）來製造。這項在十九世紀末問世的技術，讓人類擺脫對天然氨來源的依賴，徹底改變農業與工業，甚至被譽為「養活世界人口的化學反應」。哈柏法的原理是在高溫高壓下，以鐵粉做為催化劑，將氮氣與氫氣轉化為氨。但是這個製程需要大量的能源，而且氫氣的來源通常來自天然氣，使氨的生產成為碳排放大戶。時至今日，全球超過90%的氨仍然仰賴哈柏法製造。
隨著對氫能和低碳排燃料的需求快速增加，氨的重要性也再次受到關注。除了在農業上是不可或缺的肥料原料外，氨還可以用來儲存和運輸氫氣，甚至有潛力成為航運業的替代燃料。目前航運業約占全球溫室氣體排放量的3%，若能以氨取代燃油，減碳效果將非常可觀。不過，要達成這個目標，首先必須解決如何生產符合碳中和標準的「綠氨」問題。
澳洲雪梨大學（The University of Sydney）化學與生物分子工程學院的卡倫（Patrick Cullen）教授與其團隊，正致力於以電力取代化石燃料，發展更環保的製氨技術。他們在最新研究中提出一種嶄新的路徑：利用電漿（plasma）激發空氣中的氮和氧分子，使氮與氧分子進入高能狀態，再透過薄膜電解器將其直接轉化為氣態氨。
雖然過去也有其他研究嘗試過「用電製氨」，但多半只能在溶液中生成銨離子（NH4+），還需要額外步驟與能量才能轉變成真正的氨氣。這次雪梨研究團隊的突破，在於能直接生成氣態氨，大幅簡化過程。研究成果已於2025年刊登在《應用化學國際版》（Angewandte Chemie International Edition），引起國際矚目。
卡倫教授指出，這項技術包含兩大階段，必須先以電漿激發分子，再進行電解完成轉換。目前團隊已經讓電漿部分在能源效率與可規模化（scalable）上達到可行，下一步是提升電解器的效率，讓整體流程在經濟上有機會與傳統哈柏法競爭。他強調，未來需要的是「低成本、分散式、可規模化」的綠氨技術，才能取代現有集中化、耗能高的製程。
若這項技術能成熟並商業化，不僅能為農業提供更環保的肥料，還可能徹底改變能源格局。氨作為氫能的載體，能大幅解決氫氣在存放與運輸上的難題；同時，它作為零碳燃料的潛力，也已吸引航運業等高排放產業的高度興趣。可以想見，這項「用電製氨」的新方法，或將成為推動能源轉型的重要拼圖。
本文轉載自環境部化學物質管理署《化學知識地圖》網站
參考文獻
- University of Sydney (2025). A shocking new way to make ammonia, no fossil fuels needed. Science Daily.
- Cullen, P. J. (2025). Using lightning to make ammonia out of thin air. University of Sydney.
- Fuel Cells Works. (2025). New Plasma Tech From Sydney Researchers Could Revolutionize Clean Ammonia Production.
- Xu, W. et al. (2025). Regulating Multifunctional Oxygen Vacancies for Plasma‐Driven Air‐to‐Ammonia Conversion. Angewandte Chemie International Edition. DOI: 10.1002/anie.202508240.