道格拉斯·麦克法兰看着一个氨反应器在实验室

首席科学官道格拉斯·麦克法兰木星离子,希望生产绿色肥料。信贷:史蒂夫·莫顿/木星离子

木星离子在墨尔本,澳大利亚,剥离从莫纳什大学、墨尔本,在2021年。

化学是一个奇怪的巧合,当锂原子一起工作,他们可以打破一个最强的化学键。锂可以三键的氮分子(N2),在环境条件下,将他一分为二。

木星离子在澳大利亚墨尔本,入围剥离奖2023——旨在利用这个化学使氨(NH3)。

氨合成肥料生产至关重要,世界依赖于农作物。自1900年代初以来,氨是由工业。哈勃-博施方法现在全球氨产量达到1.5亿吨。

“Haber-Bosch是一个非常核心的化学在当今世界,但它是依赖于化石燃料,”道格拉斯·麦克法兰说,一个电化学墨尔本莫纳什大学的研究员和木星离子的创始人和首席科学官。流程运行在高压力和温度,在大集中、持续经营植物很难结婚相对小规模的,间歇性的可再生能源,麦克法兰解释道。Haber-Bosch负责估计全球1.5%的碳排放量,继续增长及其贡献。

麦克法兰的莫纳什大学实验室开创了高选择性,lithium-mediated电化学途径氨。进程使用的空气、水和可再生电力。麦克法兰在2021年创立了木星离子扩大和商业化的过程。生产绿色肥料是初始的目标,但生成氨作为无碳燃料也是一个前景。木星的技术接近美国能源部的目标实现无碳氨的生产速度与Haber-Bosch具备商业竞争力。

电的梦想

分开的想法使氨氮分子使用电流,而不是高的温度和压力,可以追溯到一个世纪1。电极的电化学细胞可以分裂N2catalyst-mediated过程,然后结合原子与质子(H+)来自水形成氨。

说,这至少是理论上木星离子的首席执行官查尔斯的一天。“人们微量氨,但商业有关你需要能够生产它的比率相当高,”说,一个化学工程师技术商业化。天最初从事莫纳什写公司的商业计划,在成为首届首席执行官。

挑战在于抑制副反应的细胞需要简单路径相结合的双质子产生氢气(H2),而不是氨。氢在电化学过程通常是主要的产品。称为选择性的挑战,问题描述的一个度量称为感应电流的效率(FE):相对于氨产生的氨量可以生成基于电气输入。直到几年前,氨选择性只有5 - 20%的铁被报道。

后,2019年评估几个候选人electrocatalyst系统,使没有氨,麦克法兰的莫纳什大学团队尝试锂。“它已经成为世界上锂电池很好知道锂与氮反应,“麦克法兰回忆说。“这诱人的步骤,你可以与锂破产打开氮气分子。”

的关键化学lithium-mediated过程发生在阴极的电化学电池。这里,锂和氮反应形成氮化锂(李3N)。这中间与质子反应(在阳极生成)释放氨和再生锂(见“电化学氨细胞”)。

电化学氨细胞

信贷:协会的麦克唐纳

2021年,麦克法兰和他的同事们报告2通过添加基于磷质子穿梭斡旋质子传递到阴极,他们已经达到了69%的铁。一年后,他们报道3通过切换到电解质,更好的支持lithium-mediated nitrogen-splitting一步,他们已经达到近100%的铁。“商业相关,需要选择性基本上在100%,这是我们最近的论文最终报告,“麦克法兰说。

这些氨生产水平是向前迈出的重要一步,把团队的前沿领域,说Karthish Manthiram,葛尔登市的电子化学家致力于氨生产的帕萨迪纳市加州理工学院的不是隶属于公司。“我认为这将社区几年实现他们报道的结果,“Manthiram说。木星离子的结果,他补充说,表明这是一个很好的时间来研究和商业化追求“更灵活,注重实效”环境。

扩大技术,而证明稳定性和寿命,将是关键的挑战,据Manthiram。“这是一项高风险的努力,”他说。“这是一个时间的问题,而不是如果,电化学氨生产将工作,但时间总是困难的部分预测。”

通路市场

木星离子发射于2021年4月,提高来自250万美元(合170万美元)的种子资金。2022年3月,该公司赢得了更多的来自265万美元从澳大利亚政府领导在内的一个财团公司发展绿色ammonia-manufacturing技术。使用这个集体资金,该公司已成长为一个十几人的团队,说一天。

准备真实世界的过程意味着从一个小批量的操作转移到一个可伸缩的反应堆产生氨在连续流。”另外,阳极和阴极侧流过程的现在工作得很好,”Irina Simonova说一个电化学研究公司。“我们现在专注于双方合作得很好,”她说。两个电极必须携带相同的电流——他们是相同的两个部分电路——但目前每个电极都有自己的单位面积上的最佳电流(电流密度)。团队正在努力调整每个电极的面积和厚度达到电流密度的甜点。

该公司计划今年晚些时候回到市场筹集”系列“投资,一天说。“我们扩大规模,反应堆得到更大、更昂贵。下一轮投资开始扩大更像是一个产品我们可以卖。”

木星离子有很强的技术,一个真正的目标需要,和它也有一个坚实的团队和业务计划,鲍勃Gatte说,法官的剥离HighT-Tech奖2023年,首席执行官在大学公园,马里兰,2021年诺贝尔经济学奖获得者。“如果他们的第一个途径商业化不起作用,他们有其他的选择。”

团队已经确定了几个潜在的航线收入的一代。“我们可以选择让自己整个系统,或向其他公司授权我们的技术,”天说道。“我们仍在评估哪些对我们最有意义。”

还在地平线上是一个新兴市场对绿色氨在能源领域。氨产生的可再生能源越来越被认为是一个潜在的能量载体——可再生能源转化为化学形式,可以很容易地存储、运输或者发货。

“我们最初专注于化肥,因为它是解决今天的问题,今天,“说一天。“每年有近2亿吨氨市场需要尽快除去碳素。但我们当然想扮演一个角色在发展中氨作为能量载体,”他说。

“能源提供了一些潜在的主要焦点,“Gatte说。“现在,他们必须证明这项技术是可伸缩的。”