近日，浙江大学生物系统工程与食品科学学院刘德钊研究员课题组联合中国科学技术大学环境科学与工程系张常勇教授、浙江大学环境与资源学院史乐研究员在水环境领域顶刊《Water Research》上发表了题为《Electrochemical ammonia recovery from wastewater: The critical roles of electrode engineering toward scale-up》的综述文章，从电极工程的视角，系统总结了电化学技术用于污水（例如猪粪水等畜禽养殖废水）中氨回收的研究历程和最新进展，并为电化学氨回收工程的规模化提供了见解。

  近十年来，“从污水中回收氨”的理念正加速从基础科学探索走向工程化实践和政策议程。氨是当代化工体系中产量最大的基础化学品之一，既作为氮肥的核心原料支撑现代农业和全球粮食供应，也广泛用作精细化工、医药和潜在绿色燃料的关键中间体。随着氨需求的持续增长，工业上的哈伯–博施工艺（简称哈伯法）合成氨目前已被广泛认为是二氧化碳排放量最大的化工单元过程之一，是化工业深度减排的关键难点。在此背景下，各国开始将污水视作“氨矿”：从瑞典哥特兰岛的尿液干化制肥、瑞士已被纳入正规肥料体系的尿液制硝酸铵肥、巴黎的生态街区，到南非和北美的多处示范工程，含铵污水资源化正从试点逐步走向规模化和商业化；美国能源部近期正式启动RECOVER计划，探索从污水中回收资源，目标是提供美国国内50%的氨供应和100%的关键金属供应，以缓解其对外部供应链的依赖；我国则在“十四五”期间将污水资源化利用纳入国家战略，系统推进污水由单一达标排放向资源回收转型。在“双碳”目标框架下，污水中氨的回收正成为联结粮食安全、新能源体系与水环境治理的关键技术（见图1）。

图1：利用电化学技术直接回收污水中的氨是可持续的污水处理和资源化途径，有助于实现污水行业的净零排放与循环经济。

  论文首先构建了以“分离—富集—吹脱—结晶”为核心环节的电化学氨回收技术路径(见图2)；进而，从“机理—材料—结构—系统”四个维度，层层递进地讨论了电极工程在推动该技术迈向规模化应用中的关键作用；最后，通过跨体系和多尺度的对比分析，描绘了电化学氨回收工程要实现工业化与商业化所面临的核心挑战及未来研究机会。

图2：电化学氨回收技术路线与关键技术单元原理。

  简言之，电化学系统是一个外加电场驱动下的非平衡系统，同时呈现多尺度、多物理场耦合的特征，电化学氨回收则是在此基础上与复杂真实污水工况深度耦合的工程问题。因此，要将其推进至可工业化和商业化的应用水平，不能寄望于某一类材料或单一技术的突破，而需在系统工程框架下整合多种技术路线，并以技术经济性和环境效益为约束目标，构建面向可持续氨生产的整体解决方案。期待在人工智能赋能科学研究的时代，见证这一领域的变革式发展。

  论文第一完成单位为浙江大学生物系统工程与食品科学学院，第一作者为农业生物环境与能源工程专业博士生刘德嘉，通讯作者为生物系统工程与食品科学学院刘德钊研究员、中国科学技术大学环境科学与工程系张常勇教授、浙江大学环境与资源学院史乐研究员。该研究得到了国家重点研发计划项目（No. 2022YFE0115600）资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124708