Técnica revolucionária produz amônia para fertilizantes usando ar e água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/05/2023

O nitrogênio representa 78% da nossa atmosfera, mas é muito difícil quebrar a ligação do nitrogênio molecular (N₂), por isso as plantas não conseguem captá-lo na forma gasosa.
[Imagem: Xiaowei Song et al. - 10.1073/pnas.2301206120]

Produção de amônia

Um trio de pesquisadores da Universidade de Stanford, nos EUA, descobriu uma maneira simples e ambientalmente correta de produzir amônia, usando apenas gotas de água e nitrogênio do ar.

A amônia (NH₃) é o ponto de partida para a produção dos fertilizantes químicos usados na agricultura. Há mais de um século, esse trabalho é feito por um processo chamado Haber-Bosch, um avanço que ajudou a revolucionar a agricultura e alimentar a crescente população humana.

O que não é tão bom é que trata-se de um processo industrial intensivo em energia. Para quebrar as fortes ligações do nitrogênio, o processo Haber-Bosch requer pressões entre 80 e 300 atmosferas e temperaturas entre 300 ºC e 500 ºC. O tratamento a vapor do gás natural envolvido no processo também libera grandes quantidades de dióxido de carbono. No cômputo geral, a demanda mundial anual de 150 milhões de toneladas de amônia consome mais de 2% da energia global e é responsável por cerca de 1% do dióxido de carbono emitido na atmosfera.

Em contraposição, o método inovador desenvolvido pelos pesquisadores requer circunstâncias muito mais amenas.

"Ficamos chocados ao ver que podíamos gerar amônia em ambientes benignos, com temperatura e pressão do dia-a-dia, apenas com ar e água e usando algo tão básico quanto um pulverizador," disse o professor Richard Zare. "Se esse processo puder ser ampliado, ele representará uma nova maneira ecológica de produzir amônia, que é um dos processos químicos mais importantes que ocorrem no mundo."

Uma tecnologia brasileira conseguiu produzir amônia por energia solar.
[Imagem: CDMF]

Amônia verde

A nova química baseia-se no trabalho pioneiro da própria equipe, que nos últimos anos vem decifrando a reatividade surpreendentemente alta de microgotículas de água.

Em um estudo de 2019, eles demonstraram que o cáustico peróxido de hidrogênio se forma espontaneamente em microgotículas em contato com superfícies. Experimentos feitos desde então confirmaram um mecanismo de salto de cargas elétricas entre os materiais líquidos e sólidos, o que gera fragmentos moleculares conhecidos como espécies reativas de oxigênio.

Foi o pesquisador Xiaowei Song que se interessou em usar esse mecanismo para a produção da amônia. Para isso, ele partiu em busca de um catalisador adequado, uma substância que aumenta a taxa de uma reação química, mas não é degradado ou alterado pela reação. Não foi difícil encontrar um: O óxido de ferro, ou magnetita, funcionou bem.

Song então aplicou o catalisador a uma membrana disponível comercialmente, essencialmente uma malha de grafite, e a incorporou em um pulverizador. O pulverizador lança microgotículas nas quais a água bombeada (H₂O) e nitrogênio comprimido (N₂) reagem na presença do catalisador, produzindo amônia. Simples assim.

Química de três fases

Do ponto de vista da química como um todo, esse método é notável porque usa três fases da matéria: Nitrogênio como gás, água como líquido e catalisador como sólido. "Até onde sabemos, a ideia de usar gás, líquido e sólido ao mesmo tempo para causar uma transformação química é a primeira do seu tipo e tem um enorme potencial para promover outras transformações químicas," disse Zare.

Embora o processo Haber-Bosch só seja eficiente quando utilizado em grandes instalações, o novo método de produção de amônia pode ser portátil e feito localmente, ou mesmo sob demanda em fazendas. Isso, por sua vez, reduziria as emissões de gases de efeito estufa relacionadas ao transporte de amônia de fábricas distantes.

Antes disso, porém, será necessário otimizar o processo e checar seu funcionamento em larga escala.

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