Producción de amoníaco respetuosa con el medio ambiente para fertilizantes y combustibles alternativos

Los fertilizantes son una forma de proporcionar nitrógeno adicional a las plantas, lo que las ayuda a crecer y aumentar el rendimiento de los cultivos. El nitrógeno de los fertilizantes proviene del amoníaco, que se produce al descomponer el hidrógeno (H2) y nitrógeno (norte2) moléculas y combinando los elementos individuales juntos en gas amoníaco (NH3) a través del proceso Haber-Bosch. La reacción requiere presiones y temperaturas extremadamente altas y un catalizador de hierro.

La presión y las temperaturas extremadamente altas (alrededor de 200 atm y 500 °C (932 °F)) requeridas para la reacción requieren una gran cantidad de energía. Dado que el amoníaco se utiliza ampliamente en fertilizantes y otras industrias, la producción mundial consume una gran cantidad de energía. Para ayudar a reducir la huella energética del amoníaco, los investigadores de RIKEN CSRS han desarrollado una reacción más respetuosa con el medio ambiente y la energía que puede desarrollarse de forma estable a temperaturas mucho más bajas sin desactivarse.

Esquema del proceso para producir amoníaco usando menos energía.

El mayor obstáculo fue la ruptura del gas nitrógeno porque existe un fuerte triple enlace entre los dos átomos de nitrógeno dentro de una molécula de gas nitrógeno. «El truco consistió en utilizar partículas metálicas de molibdeno ultrapequeñas preparadas a partir de un grupo de haluro metálico molecular hexanuclear, que luego se activó con gas hidrógeno», dice Kamiguchi. Una vez activados, varios átomos de molibdeno trabajan juntos para romper rápidamente los fuertes enlaces nitrógeno-nitrógeno e impulsar la síntesis de amoníaco. Cuando se probó, este nuevo método fue capaz de crear amoníaco a partir de gases de nitrógeno e hidrógeno de forma continua durante más de 500 horas a 200 °C (392 °F), lo que redujo en gran medida la temperatura requerida cuando se utiliza el proceso convencional de Haber-Bosch.

Además del impacto en la industria de los fertilizantes, la nueva forma de producir amoníaco podría ayudar indirectamente a reducir las emisiones de carbono si se utilizara amoníaco como combustible en todo el mundo. El combustible de amoníaco se puede quemar directamente en motores de combustión interna sin emitir CO2, pero no se ha convertido en una alternativa práctica debido al proceso Haber-Bosch de alta energía. Una de las ventajas del nuevo método es que permite la producción de amoníaco con menor energía, lo que reduce en gran medida las emisiones de carbono si se utiliza combustible de amoníaco a gran escala.

Al mismo tiempo que el amoníaco almacena nitrógeno para fertilizantes, también almacena hidrógeno. Esto lo convierte en un portador ideal de hidrógeno, que algunos consideran la fuente ideal de energía. Cuando se necesita el hidrógeno almacenado, se puede liberar del amoníaco y utilizarlo como combustible sin liberar dióxido de carbono.

«La sustitución del proceso Haber-Bosch por nuestro nuevo método debería dar como resultado un ahorro de energía en todo el mundo», afirma Kamiguchi. “Si se utilizan combustible de amoníaco e hidrógeno en cantidades mucho mayores, la enorme reducción de energía necesaria para sintetizar amoníaco conducirá a menos CO.2 y ayudar a prevenir un mayor calentamiento global».

Queda un problema. El hidrógeno necesario para producir amoníaco todavía se produce utilizando combustibles fósiles y, en las grandes cantidades necesarias, también genera una enorme cantidad de CO.2 emisiones y consumo de energía. Por lo tanto, Kamiguchi señala: «Cuando nuestro sistema catalizador se combina con H verde2 producción a partir de energías renovables, la emisión de CO calentamiento global2 se puede reducir aún más.»

Actualmente, el equipo de investigación se centra en añadir promotores al catalizador a base de molibdeno que hace que la síntesis de amoníaco sea más eficiente.