El amoníaco ha sostenido a la humanidad desde principios del siglo XX, pero su producción deja una enorme huella de carbono. Ahora los investigadores han encontrado una manera de hacerlo 100 por ciento renovable.
por Lachlan Gilbert, Universidad de Nueva Gales del Sur
Los ingenieros químicos de la UNSW Sydney y la Universidad de Sydney han encontrado una manera de producir amoníaco ‘verde’ a partir del aire, el agua y la electricidad renovable que no requiere las altas temperaturas, la alta presión y la enorme infraestructura que se necesita actualmente para producir este compuesto esencial.
Y el nuevo método de producción, demostrado en una prueba de concepto basada en laboratorio, también tiene el potencial de desempeñar un papel en la transición global hacia una economía del hidrógeno , donde el amoníaco se ve cada vez más como una solución al problema del almacenamiento y transporte de la energía del hidrógeno. .
En un artículo publicado hoy en Energy and Environmental Science , los autores de UNSW y la Universidad de Sydney dicen que la síntesis de amoníaco fue uno de los logros críticos del siglo XX. Cuando se utiliza en fertilizantes que cuadriplican la producción de cultivos alimentarios, permite que la agricultura sostenga una población mundial en constante expansión.
Pero desde principios de la década de 1900, cuando se fabricó por primera vez a gran escala, la producción de amoníaco ha sido intensiva en energía, lo que requiere temperaturas superiores a 400 ° C y presiones superiores a 200 atm, y todo funciona con combustibles fósiles.
La Dra. Emma Lovell, coautora del artículo de la Escuela de Ingeniería Química de la UNSW, dice que la forma tradicional de producir amoníaco, conocida como proceso Haber-Bosch, solo es rentable cuando se produce a gran escala debido a la enorme cantidades de energía y materiales costosos requeridos.
«La forma actual en que producimos amoníaco a través del método Haber-Bosch produce más CO 2 que cualquier otra reacción de producción química», dice.
«De hecho, la producción de amoníaco consume alrededor del 2 por ciento de la energía del mundo y produce el 1 por ciento de su CO 2, que es una cantidad enorme si se piensa en todos los procesos industriales que ocurren en todo el mundo».
El Dr. Lovell dice que además de la gran huella de carbono que deja el proceso Haber-Bosch, tener que producir millones de toneladas de amoníaco en ubicaciones centralizadas significa que se requiere aún más energía para transportarlo por todo el mundo, sin mencionar los peligros que conlleva. con almacenar grandes cantidades en un solo lugar.
Por lo tanto, ella y sus colegas estudiaron cómo producirlo de forma económica, a menor escala y utilizando energía renovable.
«La forma en que lo hicimos no depende de los recursos de combustibles fósiles, ni emitimos CO 2 «, dice el Dr. Lovell.
«Y una vez que esté disponible comercialmente, la tecnología podría usarse para producir amoníaco directamente en el sitio y bajo demanda; los agricultores incluso podrían hacerlo en el lugar utilizando nuestra tecnología para producir fertilizantes, lo que significa que negamos la necesidad de almacenamiento y transporte. Y nosotros Recientemente, en Beirut se vio trágicamente lo potencialmente peligroso que puede ser el almacenamiento de nitrato de amonio.
«Entonces, si podemos hacerlo localmente para usarlo localmente, y hacerlo cuando lo necesitemos, entonces hay un gran beneficio para la sociedad y la salud del planeta».
De la nada
El Dr. Ali (Rouhollah) Jalili, miembro de ARC DECRA y coautor, dice que tratar de convertir el nitrógeno atmosférico (N 2 ) directamente en amoníaco utilizando electricidad «ha representado un desafío significativo para los investigadores durante la última década, debido a la estabilidad inherente del N 2 eso hace que sea difícil de disolver y disociar «.
El Dr. Jalili y sus colegas idearon experimentos de laboratorio de prueba de concepto que usaban plasma (una forma de rayo hecho en un tubo) para convertir el aire en un intermediario conocido entre los químicos como NOx, ya sea NO 2- (nitrito) o NO 3- (nitrato). El nitrógeno de estos compuestos es mucho más reactivo que el N2 del aire.
«Trabajando con nuestros colegas de la Universidad de Sydney, diseñamos una gama de reactores de plasma escalables que podrían generar el intermediario NOx a una tasa significativa y con una alta eficiencia energética», dice.
«Una vez que generamos ese intermediario en el agua, diseñar un catalizador selectivo y escalar el sistema se volvió significativamente más fácil. El avance de nuestra tecnología fue el diseño de los reactores de plasma de alto rendimiento junto con la electroquímica».
El profesor Patrick Cullen, quien dirigió el equipo de la Universidad de Sydney, agrega: «El plasma atmosférico encuentra cada vez más aplicaciones en la química verde. Al inducir las descargas de plasma dentro de las burbujas de agua, hemos desarrollado un medio para superar los desafíos de la eficiencia energética y la escala de procesos. acercando la tecnología a la adopción industrial «.
Solución de almacenamiento
La profesora de Scientia Rose Amal, codirectora del Centro de Capacitación ARC para la Economía Global del Hidrógeno, dice que además de las ventajas de poder reducir la tecnología, el método ‘verde’ del equipo de producción de amoníaco podría resolver el problema del almacenamiento y transporte de energía de hidrógeno .
«El hidrógeno es muy ligero, por lo que se necesita mucho espacio para almacenarlo, de lo contrario hay que comprimirlo o licuarlo», dice el profesor Amal.
«Pero el amoníaco líquido en realidad almacena más hidrógeno que el hidrógeno líquido en sí. Por lo tanto, ha habido un interés creciente en el uso del amoníaco como un vector de energía potencial para una economía libre de carbono».
El profesor Amal dice que el amoníaco podría potencialmente producirse en grandes cantidades utilizando el nuevo método verde listo para la exportación.
“Podemos usar electrones de granjas solares para producir amoníaco y luego exportar nuestra luz solar como amoníaco en lugar de hidrógeno.
«Y cuando llega a países como Japón y Alemania, pueden dividir el amoníaco y convertirlo de nuevo en hidrógeno y nitrógeno, o pueden usarlo como combustible».
A continuación, el equipo centrará su atención en la comercialización de este avance y está buscando formar una empresa derivada para llevar su tecnología de la escala de laboratorio al campo.
