廢水變黃金！大陸研發神奇催化劑，化肥原料產率狂飆3倍。（藍孝威攝）
據觀察者網報導，大陸一個科研團隊成功設計出一種新型催化劑，可將農業與工業廢水中的硝酸鹽汙染物轉化為氨——也就是生產尿素化肥所需的核心化學原料，其轉化效率幾乎是傳統催化劑的三倍。
這項研究成果已於今年3月18日發表於《美國化學學會志》（JACS），並登上該期刊封面。據香港《南華早報》5月10日報導，此技術開啟了「低能耗廢棄物資源化利用」的大門，未來有望大幅增強中國的化肥供應鏈韌性。
這項創新的核心在於「雙原子催化劑」（dual-atom catalysts, DACs）。與單原子催化劑不同，雙原子催化劑由兩個相鄰金屬原子組成，能協同驅動複雜的多步驟化學反應，例如將硝酸鹽轉化為氨。
然而，雙原子催化劑的製備長期以來充滿試錯，缺乏理論指導，金屬負載量偏低，且難以精準組裝不同的金屬對。來自中國科學院福建物質結構研究所的韓麗麗團隊，借助深度學習技術訓練AI模型，篩選出高配對率、能穩固結合的金屬對。
該團隊成功製備出14種精密設計的雙原子催化劑，成分涵蓋釔、鈧、鑭、鈰、釤、銪、鉺和鐿等多種稀土元素。這些催化劑的金屬負載量按重量計高達12.8％至30.7％，較過往業界基準提升四倍以上。
《美國化學學會志》封面圖片正是根據該論文繪製，構圖展示催化劑微觀結構——金屬原子呈環狀排列於中心點周圍，宛如行星繞行恆星。
當研究團隊以這些催化劑對富含硝酸鹽的水體進行電解反應時，由於表面擁有極其豐富的活性金屬位點，氨的產率達到普通催化劑的2.7倍。
《南華早報》指出，這項研究在環境與經濟層面意義重大。農田與工廠排放的硝酸鹽汙染物是引發水體藻類爆發及「死亡區」的主要元兇。電化學還原技術能在室溫下將硝酸鹽無害化處理，轉化為無害的氨。
而氨正是合成尿素的關鍵中間產物。尿素是全球最主要的氮肥，目前幾乎全數透過「博施-邁澤法」（Bosch-Meiser process）生產，將氨與二氧化碳結合，且製程幾乎完全依賴天然氣作為能源。
這種對天然氣的高度依賴，近期已在全球化肥市場引發震盪。全球多數尿素貿易源自中東，霍爾木茲海峽為長期戰略咽喉。一旦該地區動盪，天然氣與尿素供應受擠壓，價格隨之飆升。當前伊朗局勢緊張便印證此趨勢。
據報導，全球第二大尿素採購國印度，今年4月被迫以近兩個月前兩倍的價格，採購250萬噸尿素。
相較之下，中國憑藉「以煤製肥」的工藝路線，在高溫高壓下讓煤炭、水蒸氣與氮氣反應生成氨再合成尿素，維持了國內化肥產量穩定。但無論以煤或天然氣為原料，合成氨仍是典型高能耗產業。
若能找到廉價且高效的方法從廢硝酸鹽中提取氨，短期雖無法取代大型化肥廠，卻能提供極具價值的備用技術，進一步增強中國化肥供應體系的韌性與安全。
《南華早報》總結：「這種能將有機廢棄物轉化為植物養分的催化劑，其價值遠不止於精妙的化學工藝本身，更預示著一種有效的緩衝機制，幫助我們從容應對未來可能遭遇的任何供應衝擊。」
2026/05/10 19:04
轉載自中時新聞網: https://www.chinatimes.com/realtimenews/20260510002389-260409
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