采用新型氮气循环系统，将危险废物转化为资源

采用新型氮气循环系统，将危险废物转化为资源

2022/10/19

将危险废物转化为资源 采用新的氮气循环系统

大约100年前，氨的大规模合成成为可能。与氨产量的比例人类活动引入的氮化合物增加了约10倍，是环境污染最难恢复的原因之一因此，AIST 的目标是建立在维持工业活动的同时不向环境释放氮化合物的技术要做。我们将利用科学技术的力量在地球上创建氮循环系统，而不是简单地使氮化合物变得无害。

行星边界警告氮浪费不要超过限制

　随着工业的发展和人民生活的日益富裕，人类活动排放的环境污染物数量将会增加。 “行星边界”是地球所能承受的极限。据此，氮化合物是二氧化碳（CO₂)和磷，已超出地球的极限，已成为国际社会的一个严重问题。

　川本彻谈论与氮相关的社会问题如下。 “在过去的100年里，地球上氮化合物的产量增加了约10倍。氨是一种典型的氮化合物，被用作化肥和化工产品的原料，但当以废气或废水的形式释放时，会造成恶臭、PM25、富营养化和硝酸污染等各种环境问题。为此，欧盟制定了减少氮废物的目标，联合国环境规划署（UNEP）也呼吁减少氮废物。另一方面，日本目前没有严格的法规，但迫切需要在未来20至30年建立创新的氮气回收技术。

　我们的目标是创造一种技术，可以保护全球环境，同时维持当前的工业活动，而不显着减少人类使用的氨量。

从普鲁士蓝吸附到氨的回收和再利用

　该团队正试图实现一种新的氮循环系统，将工业活动中排放的有害氮化合物转化为氨，并将其分离、回收，并在工业活动中再次使用。核心技术是利用2016年发现的蓝色颜料普鲁士蓝吸附氨。

　氨也会产生难闻的气味。我们使用普鲁士蓝吸附剂进行了示范测试，它不仅可以吸附高浓度的氨，还可以吸附人类难以察觉的低浓度氨。结果，我们取得了优异的成果，不仅消除了猪圈的异味，还改善了育肥环境。

目前，研究正在进入下一步，两项重大研究正在进行中。致力于废气资源化的南宫龙谈起此事，颇为高兴。

　“我们于2019年在养猪场堆肥设施开始了示范试验。我们的新研究主题是清洁和回收从废气中吸附的氨，使其可以重复使用。吸附剂的耐用性、清洁方法、回收方法等。起初，配合一系列示范试验的畜牧养殖户最感兴趣的是去除猪圈的难闻气味，但现在他们也对环境问题感兴趣，我们开始听说他们需要生产高浓度肥料。氮含量。”

　氨可以以低成本进行工业生产，因此除非比购买氨有优势，否则不会进行回收。 “就地生产就地消费”，即废物在收集地附近根据需要进行再利用，可能是氮循环系统的一种形式。迫切需要开发能够满足各种现场需求的技术，例如肥料、燃料和其他用途。

从污水和工业废水中回收资源

　与废气同时回收废水中氨的技术正在不断发展。我们现在正处于利用工业废水进行示范试验的阶段。

　我们在原子水平上改变了普鲁士蓝的成分，并为废气和废水创造了不同类型。污水和工业废水中除铵离子外还含有各种离子，但其他离子即使浓度很高，也可以使用我们开发的材料选择性地回收氨。我们相信，通过在现有废水处理设施中安装氨吸附装置，将可以减轻活性污泥池的负荷。

目前，我们正在致力于创造适合收集后重复使用的材料，并开发在水下稳定有效的设备。

描绘氮资源循环全貌

　仅通过分离回收无法实现氮资源循环。将氮氧化物（NOx）等氮化合物转化为氨（N）的技术₂我们必须研究新型氮循环系统所需的技术，例如分解O并使其无害化的技术，以及使用氨作为燃料或原料的燃烧技术。

　通过学科合并，我们有更多的机会让我们的努力不仅为我们周围的研究人员而且为整个研究所所了解，而且我们现在能够比以前更完整地描绘氮循环的图景。特别是使用CO作为燃料氨₂，是社会需求较高的场景之一。我认为增加与我们合作的人数很重要。”（川本）

　往返于实验室和示范试验场之间的南说：“作为一名研究人员，我的目标是将基础研究与社会实施联系起来。现在，我能够进行研究，将AIST发现的有趣材料与解决广泛的问题联系起来，从生产现场的问题到全球环境问题，这是非常有成就感的。”川本说，“氮循环方面有很多研究要做，我们没有足够的人力。由于竞争对手仍然很少， “这是一个发现许多解决社会问题的方法的有趣时刻。毫无疑问，氮循环技术在未来将变得越来越重要。当谈到氮化合物时，有很多人都面临着他们目前面临的具体问题。我想在尝试解决这些问题的同时积累技术，最终实现循环。”

　产业技术研究所正以科学技术的力量，朝着保护地球免受氮化合物造成的环境污染的重大目标稳步前进。

本文转载自2022年9月发布的《AIST Report 2022》。AIST：出版物 AIST 报告 (aistgojp)

材料/化学领域
纳米材料研究部
首席研究员

河本彻

川本彻

材料/化学领域
纳米材料研究部
纳米粒子功能设计组
首席研究员

南北隆

南君高