Investigadores de la Universidad de Sídney han aprovechado los rayos generados por el hombre para desarrollar un método más eficiente de generación de amoníaco, una de las sustancias químicas más importantes del mundo. El amoníaco también es el ingrediente principal de los fertilizantes, que representan casi la mitad de la producción mundial de alimentos.
El equipo ha desarrollado con éxito un método más sencillo para producir amoníaco (NH₃ ) en forma de gas. Estudios previos de otros laboratorios producían amoníaco en solución (amonio, NH3) , lo que requiere mayor energía y procesos para transformarlo en el producto gaseoso final.
El método actual para generar amoníaco, el proceso Haber-Bosch, tiene un alto coste climático y deja una enorme huella de carbono. Además, debe implementarse a gran escala y cerca de fuentes de gas natural barato para que sea rentable.
El proceso químico que alimentó al mundo
El amoníaco natural (principalmente en forma de excrementos de pájaros) tuvo una época en que la demanda era tal que alimentaba guerras.
La invención del proceso Haber-Bosch en el siglo XIX hizo posible la producción de amoníaco artificial y revolucionó la agricultura y la industria modernas. Actualmente, el 90 % de la producción mundial de amoníaco se basa en el proceso Haber-Bosch.
El interés de la industria por el amoníaco no para de crecer. Durante la última década, la comunidad científica mundial, incluido nuestro laboratorio, ha buscado descubrir una forma más sostenible de producir amoníaco que no dependa de combustibles fósiles.
“Actualmente, la generación de amoníaco requiere una producción centralizada y el transporte a larga distancia del producto. Necesitamos un 'amoníaco verde' económico, descentralizado y escalable”, afirmó el investigador principal, el profesor PJ Cullen, de la Facultad de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Sídney y el Instituto Net Zero. Su equipo lleva seis años trabajando en la producción de 'amoníaco verde'.
En esta investigación, han desarrollado con éxito un método que permite convertir el aire en amoníaco gaseoso mediante electricidad. "Un gran paso hacia nuestros objetivos".
La investigación fue publicada en la edición internacional de AngewandteChemie .
El amoníaco contiene tres moléculas de hidrógeno, lo que significa que puede utilizarse como un eficaz portador y fuente de hidrógeno como fuente de energía, e incluso potencialmente como un medio eficaz para almacenar y transportar hidrógeno. Organismos industriales han descubierto que pueden acceder al hidrógeno mediante el craqueo del amoníaco para separar las moléculas y utilizarlo.
El amoníaco también es un sólido candidato para su uso como combustible libre de carbono debido a su composición química. Esto ha despertado el interés de la industria naviera, responsable de aproximadamente el 3% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
Resolviendo un enigma químico
El nuevo método del equipo del profesor Cullen para generar amoníaco funciona aprovechando el poder del plasma, electrificando o excitando el aire.
Pero la estrella es un electrolizador de membrana, una caja plateada aparentemente anodina, donde ocurre la conversión en amoníaco gaseoso.
Durante el proceso Haber-Bosch, el amoníaco (NH3) se produce combinando gases de nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2) a altas temperaturas y presión en presencia de un catalizador (una sustancia que acelera una reacción química).
El método basado en plasma desarrollado por el equipo del profesor Cullen utiliza electricidad para excitar las moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire. Posteriormente, el equipo pasa estas moléculas excitadas al electrolizador de membrana para convertirlas en amoníaco.
Hacerlo eficiente
Los investigadores dijeron que esta es una vía más directa para la producción de amoníaco.
El profesor Cullen afirmó que los hallazgos marcan una nueva etapa en la posibilitación del amoníaco verde. El equipo trabaja ahora para que el método sea más eficiente energéticamente y competitivo en comparación con el proceso Haber-Bosch.
Este nuevo enfoque consiste en un proceso de dos pasos: la combinación de plasma y electrólisis. Ya hemos logrado que el componente de plasma sea viable en términos de eficiencia energética y escalabilidad.
“Para crear una solución más completa para la producción sostenible de amoníaco, necesitamos impulsar la eficiencia energética del componente electrolizador”, afirmó el profesor Cullen.
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