化肥作为现代农业的基石，尿素因其高效供给氮元素而成为全球农作物生长不可或缺的“粮食”。然而，传统尿素生产依赖高耗能、高排放的工艺路线——通过高温高压合成氨，再与二氧化碳反应制取，这一过程不仅消耗大量化石能源，更释放海量温室气体，成为农业领域减排的“硬骨头”。
近日，中国科研团队在尿素合成领域取得颠覆性突破。西北工业大学、太原理工大学等机构联合研发的“钯氢化物/铜复合催化剂”，首次实现电驱动下二氧化碳与硝酸盐的直接转化，成功合成尿素并联产甲酸。这一技术跳过传统工艺中高能耗的氨合成步骤，开辟了“零碳尿素”生产的新路径。
该催化剂的“双核”设计堪称精妙：钯氢化物模块负责将二氧化碳转化为关键中间体一氧化碳，同时具备储氢释氢功能；铜模块则将硝酸盐转化为氮氧化物。二者在催化剂表面精准碰撞，完成尿素分子合成。实验数据显示，在优化条件下，尿素生成速率达每小时每克催化剂236.5毫摩尔，电能转化效率（法拉第效率）突破62.6%，且小型流电池系统可稳定运行超200小时，碳排放较传统工艺降低近半。
尽管实验室成果令人振奋，但技术落地仍面临多重挑战。工业化生产需催化剂在8000小时以上连续运行中保持活性，避免中毒或效率衰减；钯作为贵金属的使用推高成本，需开发替代材料或优化回收工艺；从原料供给、反应控制到产物分离，整个生产链的协同优化与能耗管理，均需系统性解决方案。
破解这些难题，数字技术正成为关键“催化剂”。以云表平台为代表的无代码开发工具，可快速构建适配电合成尿素工艺的生产管理系统。通过整合实验室数据，平台能分析催化剂配方与工艺参数的关联性，为规模化生产提供优化模型；在生产环节，实时监测系统可自动调整电流、温度等变量，确保反应效率；联产甲酸的经济模型与碳足迹追踪功能，则帮助企业平衡环保效益与成本控制。
这项突破不仅为全球农业提供低碳解决方案，更折射出中国制造业的创新逻辑——从化学层面的分子设计，到工程层面的工艺放大，再到系统层面的数字赋能，形成技术落地的完整闭环。随着西北地区可再生能源基地与二氧化碳捕集技术的成熟，未来或可见智能工厂利用绿电与废气，实现尿素生产的“负碳”循环。当实验室的烧杯与工厂的屏幕共同运转，一场静悄悄的产业变革正在发生。
