NH3合成中の圧力と温度を低下させる最新の成功—新しい触媒の開発による—再生可能エネルギーによって実行されるときのHaber–Boschプロセスの大きな欠点を排除することはできなかった(シナリオA)—電力入力に従う能力の欠如。, 主反応器が電解槽であるアンモニア（シナリオBおよびC）の電気化学合成は、水電解によってすでに証明されているように、負荷に完全に追従することができるであろう。 どちらのルートもHaber–Boschプロセスと比較してより低い圧力と温度を必要とし、そのエネルギー効率は、原則として、実用的な電流密度で、水電解で実証された効率（シナリオBで約70％、シナリオCで約50％）に達する可能性がある。 シナリオBおよびCの効率は、Aよりも高い。, ここでの効率は、水電解（約70％）、水素加圧（約90％）、アンモニア合成（式（1））の三段階の効率の合計として定義され、圧力、温度、再irc環速度、アンモニア分離などの多くのパラメータの関数である。,
電気化学アンモニア合成にはいくつかの異なる電解質が使用されている（式（6））：PEM8、AEM、高温プロトン伝導9および酸素伝導10固体酸化膜などの固体電解質、および水性塩基性および酸性電解質、イオン性液体11およびより実用的な溶融アルカリ水酸化物12または塩化物塩13などの液体電解質。, 酸性電解質中の電気分解は、溶液中にアンモニウム塩が蓄積し、溶液のpHが変化するため、連続プロセスは起こりそうにないため、このプロセスは主に電極触媒スクリーニングに使用されます。 さらに、溶液中での電気分解は、窒素の溶解度が低いことによって妨げられる。 したがって、ガス拡散電極の設計は、高い生産速度のために重要である。,
pHおよび電解質物理状態（固体、ポリマーまたは液体）に応じて、担持および担持されていない貴金属および金属酸化物、または金属窒化物などの様々な電 窒素ドープ炭素，ＢＮおよび黒りんのような遷移金属フリー触媒も報告されている。 窒素還元反応（NRR）に対して活性かつ選択的な触媒を設計することは、高いファラデー効率（FE）と高いNH3生産速度の両方を可能にするため、非常に望ま,
式(1)および(6)における反応の標準電気化学セル電位は、それぞれ-0.057Vおよび1.172Vであり、生成物（ガス、溶液またはプロトン化イオン）およびpH（前者は+0.27VにシフトするNH4+酸性媒体中）15の状態に依存する。 後者のポテンシャルは水電解のポテンシャルに非常に近いことがわかります（1.23V、式（5））。 したがって、水素発生反応（HER）は、シナリオBおよびCにおけるNRRに対する最も競合的な反応である。, NRRは低温で好まれますが、式(5)と(6)の反応の理論セルポテンシャルの差は温度とともに減少し、390oC以上のHERは熱力学的に好ましくなります。
HERとNRRのポテンシャルの近接は、電気化学アンモニア合成のための基本的な問題を作成し、式（1）と（6）の反応の低FEをもたらす。 この低効率は、高エネルギー消費と不要な水素生成につながります。 すべての場合において，ＨＥＲの速度はＮＲＲの速度よりも電極電位とともに速く増加した。, このため、アンモニア電気合成のFEは比較的低いセル電圧で最大に達する（通常はRHEに対して-0.2V程度であるが、イオン液体中などのプロトン濃度が低い場合はより負になる可能性がある）。 したがって、一般に定電流電解よりも工業的に好ましくない定電位電解では、アンモニア生成を最大化するために正確な電位制御が必要である。
彼女を抑えるには二つのアプローチがあります。, 一つ目は、NRRのために実用的な電位で彼女を触媒しない選択的な電気触媒の開発である。 例えば、単一原子Ru触媒へのZrO2の添加はHERを抑制し、より高いNH3FEを21％得る（ref. 16). 第二のアプローチは、例えばpHの高い塩基性電解質を用いるなど、触媒表面でのプロトン活性を低下させることによって、触媒表面でのプロトンの利用可能性を低下させることである。, 液体電解質では、塩の濃度を非常に高いモル濃度に増加させることによってプロトン活性を低下させることができる（例えば、水中でLiTFSIの21M溶液を使用するとHER電位が1V以上低下する）17、またはエタノールまたは第四級アンモニウム18のような解離定数の低い有機プロトン供与体を使用することができる。,
別のアプローチは、電気化学（式（7））および化学NRR、およびアンモニア形成反応（式（8）および（9））を含む多段階合成で実現される窒素還元およびアンモニア形成 電気化学NRRを避けるこの方法はCeramatec19によって特許を取られ、Stanford20の研究グループによって調査されました。
陽極でのli塩水電解、および陰極での炭酸プロピレンの電気分解ＬＩＳＩＣＯＮは、電着されたｌｉ金属を得た後、ｍｅ-ｔｈｆで洗浄し、窒素と反応させる。 アンモニア合成速度は1である。,88x10–9mol cm–2s–1はLiについて実証され、容量は1.39mah cm-2、総FEは約50％であった（ref. 21). この経路は、大量のリチウム金属（式（7）、（8）および（9））、および直接電気化学（シナリオB）および電気分解-ハーバー–ボッシュ（シナリオA）経路20よりもはるかに多くのエネルギーを必要とする。 したがって、この技術は、非常に安価な電気と高電流密度の場合にのみ意味があり、資本コストを削減します。,
シナリオAと比較して電気化学アンモニア合成の主な利点は、唯一の電解槽スタックの代わりに資本設備の二つの主要な部分の使用である（この利点は、H2がシナリオCの電気化学プロセスに使用される場合に否定される）、周囲またはわずかに上昇した圧力および低または中間温度の雇用、潜在的に低いエネルギー消費、および最も重要なのは、間欠的な電力入力に適応する能力である。, さらに、Nafionの膜が付いている純粋な窒素の代りのぬれた空気の使用は性能の穏やかな減少だけで起因します（1.1x10–9mol cm–2s–1対3.1×10-9mol cm-2s-1）8。 Haber-Boschプロセスでは、微量の酸素でさえ触媒性能を劇的に低下させるため、N2純度の要件は非常に高いです。 可能であれば、窒素原料コストを大幅に削減するために、空気、または純度の低下した窒素、および単一のチャンバセル22を使用する必要があります。,
溶融NaOH–KOH(180-260°C)ナノFe3O4触媒を有する多孔質ニッケル電極におけるNRRは、FE14.2％および4.4×10-9mol cm-2s–1の速度で周囲圧力でアンモニア 23). 式(4)の反応によって生成した水素をカソード24にリサイクルし、通常の反応（bとCの混合シナリオ）を介して窒素と反応させると、FEをさらに増加させることができる。
プラズマ窒素活性化と電気化学アンモニア合成を組み合わせることにより、高電流密度（100％に近い）（200mA cm–2）触媒なしで高FEをもたらした。,25このアプローチは、非常に小さなPt電極（1mm2）とプラズマ生成が非常に高い（2,270kWh kg–1NH3）のために低エネルギー消費を有するビーカーセルで実証されたこ 実用的な原子炉設計への移行は、エネルギー消費の大幅な減少につながり、これをより競争力のある技術にする可能性があります。,
現在、報告されている電気化学アンモニア生産速度（10-9から10-11mol cm–2s–1）は低すぎる（少なくとも二桁高い必要がある）、エネルギー消費は低FEとかなりの電流密度で高いセル電圧のために許容できないほど高い。 これまでのところ、式（5）の反応のための最良のFE結果は、溶融電解質—Li3N（70-80％FE）26および水酸化物（35％FE）12を添加したアルカリ金属塩化物で実証されて