El aire que nos rodea contiene una solución poderosa para hacer que la agricultura sea más sostenible.
por la Universidad de Stanford
Investigadores de la Universidad de Stanford y de la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales en Arabia Saudita han desarrollado un prototipo de dispositivo que puede producir amoníaco (un ingrediente clave de los fertilizantes) utilizando energía eólica para hacer pasar aire a través de una malla.
El método que desarrollaron, si se perfecciona, podría eliminar la necesidad de un método centenario que produce amoníaco combinando nitrógeno e hidrógeno a altas presiones y temperaturas. El método más antiguo consume el 2% de la energía mundial y contribuye con el 1% de las emisiones anuales de dióxido de carbono debido a su dependencia del gas natural.
El estudio, publicado el 13 de diciembre en Science Advances , implicó la primera demostración in situ de la tecnología (en lugar de en un laboratorio). Los investigadores prevén que algún día el dispositivo se integre en los sistemas de riego , lo que permitirá a los agricultores generar fertilizantes directamente a partir del aire.
«Este avance nos permite aprovechar el nitrógeno del aire y producir amoníaco de forma sostenible», afirmó el autor principal del estudio, Richard Zare, profesor de Ciencias Naturales Marguerite Blake Wilbur en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford. «Es un paso importante hacia un enfoque descentralizado y ecológico de la agricultura».
Una alternativa más limpia
Para diseñar su dispositivo, los investigadores estudiaron cómo distintos factores ambientales (como la humedad, la velocidad del viento , los niveles de sal y la acidez) afectan la producción de amoníaco. También observaron cómo el tamaño de las gotas de agua, la concentración de la solución y el contacto del agua con materiales que no se disuelven en el agua afectan el proceso.
Por último, probaron la mejor mezcla de óxido de hierro y un polímero ácido con flúor y azufre para determinar las condiciones ideales para producir amoníaco y comprender cómo estos materiales catalizadores interactúan con las gotas de agua.
El proceso del equipo de Stanford produce amoniaco de forma limpia y económica y utiliza el aire circundante para extraer nitrógeno e hidrógeno del vapor de agua. Al pasar el aire a través de una malla recubierta de catalizadores para facilitar la reacción necesaria, los investigadores produjeron suficiente amoniaco con una concentración lo suficientemente alta como para servir como fertilizante hidropónico en invernaderos.
A diferencia de los métodos tradicionales, la nueva técnica funciona a temperatura ambiente y a presión atmosférica estándar, por lo que no es necesario conectar ninguna fuente de voltaje externa a la malla. Los agricultores podrían utilizar el dispositivo portátil en el lugar, lo que eliminaría la necesidad de comprar y enviar fertilizantes a un fabricante.
«Este enfoque reduce significativamente la huella de carbono de la producción de amoníaco», afirmó el autor principal del estudio, Xiaowei Song, científico investigador en química de Stanford.
En experimentos de laboratorio, el equipo demostró un mayor potencial al reciclar agua a través de un sistema de pulverización, logrando concentraciones de amoníaco suficientes para fertilizar plantas cultivadas en un invernadero después de solo dos horas. Al incorporar un filtro hecho de un material de piedra microporosa, este enfoque podría producir suficiente amoníaco para respaldar aplicaciones agrícolas más amplias.
Un futuro sin combustibles fósiles
Según el coautor del estudio Chanbasha Basheer, de la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, el dispositivo estará listo para comercializarse en dos o tres años. Mientras tanto, los investigadores planean utilizar sistemas de malla cada vez más grandes para producir más amoníaco. «Hay mucho margen para desarrollar esto», dijo Basheer.
La importancia del amoníaco va más allá de los fertilizantes. Como portador de energía limpia, puede almacenar y transportar energía renovable de manera más eficiente que el gas hidrógeno debido a su mayor densidad energética. La innovación posiciona al amoníaco como un eje fundamental en la descarbonización de industrias como el transporte marítimo y la generación de energía.
«El amoníaco verde representa una nueva frontera en materia de sostenibilidad», afirmó Zare. «Si se puede ampliar económicamente este método, podría reducir drásticamente nuestra dependencia de los combustibles fósiles en múltiples sectores».
Más información: Xiaowei Song et al, Síntesis de amoniaco in situ a partir de vapor de agua y nitrógeno en el aire, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ads4443 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads4443
