据《日本经济新闻》网站6月12日报道，东京大学研究生院工学系研究科西林仁昭教授团队发布的研究成果显示，利用空气、水等身边常见物质，可以合成全球最普及的化工原料之一——氨。作为燃烧时不产生二氧化碳的燃料，氨在全世界备受关注。随着相关技术不断升级，利用空气制造燃料的下一代汽车也有望实现。

研究团队证实，将空气中富含的氮与水及化学反应所需物质混合后，进行光照处理，可在常温常压下生成氨。

据称，这是世界首例利用氮气、水和光合成氨的研究。相关成果已于5月发表在英国学术期刊《自然-通讯》上。

全球氨年产量约为2亿吨，与塑料主原料乙烯规模相当。其中约80%用于化肥生产。

当前氨工厂沿用20世纪初德国化学家发明的哈伯法——通过氮气与氢气反应实现氨的工业化生产。该技术被誉为“从空气中制造面包之法”，支撑了人口增长所需的农作物增产，发明者弗里茨·哈伯等人因这项成果而获得诺贝尔化学奖。

然而，这一方法存在瓶颈：原料氢气多从化石燃料甲烷制取，生产过程中会排放温室气体二氧化碳。虽然可以通过电解水制取氢气，从而避免产生二氧化碳，但成本高昂且普及前景不明。此外，由于化学反应要在400至600摄氏度的高温高压反应条件下进行，有必要建造大型工厂设施。

西林团队摒弃传统“氮气+氢气+热能”路径，转而研究利用氮气、水和光合成氨的技术。这些原料在地球上储量丰富，若能实现清洁合成，将成为脱碳关键技术。

研究灵感源于豆科植物根际共生菌的固氮酶，该酶能在无碳条件下将土壤中的氮转化为氨。在此过程中，“钼”等金属元素也被加以利用。西林长期致力于人工模拟并优化该酶功能。

研究团队此次成功地实现利用氮气、水、还原剂和光在常温常压下合成氨。西林表示：“将难以产生反应的水用作氨分子氢源，这是重大突破之处。”目前反应仍需还原剂，离实用化尚有距离，但正如西林所言，“无还原剂合成已触手可及”，目标是在数年内发布成果。

关于西林等人此次取得的研究成果，研究光催化的信州大学特别荣誉教授堂免一成评价道：“该成果正逐渐接近自然界的理想反应模式，具有划时代意义。为了将技术投入实际应用，有必要提升催化剂反应速度与稳定性。”

由于在燃烧过程中不会产生二氧化碳，氨除了用于制造化肥外，还作为火力发电燃料及储氢材料备受瞩目。若仅用氮气、水和光即可合成氨，则将成为“从空气中制造能源的技术”。未来或开发车载氨合成装置驱动车辆，或开发类似太阳能板的家用屋顶设备。

氢能与氨能作为清洁燃料均受关注，日本正同步推进两者产业化。氢能储运困难，而氨仅需轻度冷却加压即可液化，适于船舶运输及长期储存，出光兴产等企业已着手构建供应链。

全球在氨合成研发领域展开激烈竞争。美国加州理工学院教授乔纳斯·彼得斯开发出类似的酶模拟技术。东京科学大学荣誉教授细野秀雄则专注于研究改进传统哈伯法，实现在低温低压的状态下产生化学反应。

氨作为一种能源不断被加以利用，还可以用于运输和保管容易发生爆炸的氢。如果通过化学手段将氢转化为比较容易保管的氨，则可以降低运输难度。而且，如果可以直接合成氨，则与氢能社会的兼容性也将显著提升。

实验室成果与商业应用存在规模及技术鸿沟。为了将氨直接合成技术投入实际使用，有必要在效率等课题方面取得突破。（编译/马晓云）