Uma equipe de pesquisa da Universidade de Wisconsin-Madison identificou uma nova maneira de converter amônia em gás nitrogênio por meio de um processo que poderia ser um passo em direção à substituição de combustíveis baseados em carbono pela amônia.
A descoberta dessa técnica, que usa um catalisador de metal e libera – em vez de exigir – energia, foi relatada em 8 de novembro na Nature Chemistry e recebeu uma patente provisória da Wisconsin Alumni Research Foundation.
“O mundo atualmente funciona com uma economia de combustível de carbono”, explica Christian Wallen, autor do artigo e ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório do químico John Berry da UW-Madison. “Não é uma grande economia porque queimamos hidrocarbonetos, que liberam dióxido de carbono na atmosfera. Não temos como fechar o ciclo de um verdadeiro ciclo do carbono, onde poderíamos transformar o dióxido de carbono de volta em um combustível útil.”
Para avançar em direção à meta das Nações Unidas de que o mundo se torne neutro em carbono até 2050, os cientistas devem considerar maneiras ambientalmente responsáveis de criar energia a partir de outros elementos além do carbono, e a equipe da UW-Madison está propondo uma economia de energia de nitrogênio baseada em interconversões de nitrogênio e amônia.
Os cientistas ficaram entusiasmados ao descobrir que a adição de amônia a um catalisador de metal contendo o elemento rutênio, semelhante à platina, produziu nitrogênio espontaneamente, o que significa que nenhuma energia adicional foi necessária. Em vez disso, esse processo pode ser aproveitado para produzir eletricidade, com prótons e gás nitrogênio como subprodutos. Além disso, o complexo metálico pode ser reciclado por meio da exposição ao oxigênio e usado repetidamente, um processo muito mais limpo do que o uso de combustíveis à base de carbono.
“Descobrimos que, não apenas estamos produzindo nitrogênio, o estamos produzindo em condições completamente sem precedentes”, disse Berry, que é o professor de química Lester McNall e concentra seus esforços de pesquisa na química dos metais de transição. “Ser capaz de completar a reação de amônia em nitrogênio sob as condições ambientais – e obter energia – é um grande negócio.”
A amônia foi queimada como fonte de combustível por muitos anos. Durante a Segunda Guerra Mundial, ele foi usado em automóveis, e os cientistas hoje estão considerando maneiras de queimá-lo em motores em substituição à gasolina, principalmente na indústria marítima. No entanto, a queima de amônia libera gases tóxicos de óxido de nitrogênio.
A nova reação evita esses subprodutos tóxicos. Se a reação fosse alojada em uma célula de combustível onde a amônia e o rutênio reagem na superfície do eletrodo, ela poderia produzir eletricidade sem a necessidade de um conversor catalítico.
“Para uma célula de combustível, queremos uma saída elétrica, não uma entrada”, diz Wallen. “Descobrimos compostos químicos que catalisam a conversão de amônia em nitrogênio à temperatura ambiente, sem qualquer voltagem aplicada ou adição de produtos químicos. Este é o primeiro processo, até onde sabemos, a fazer isso.”
“Temos uma infraestrutura estabelecida para distribuição de amônia, que já é produzida em massa a partir de nitrogênio e hidrogênio no processo Haber-Bosch”, diz Michael Trenerry, aluno de pós-graduação e autor do artigo. “Essa tecnologia poderia permitir uma economia de combustível livre de carbono, mas é metade do quebra-cabeça. Uma das desvantagens da síntese de amônia é que o hidrogênio que usamos para fazer amônia vem do gás natural e de combustíveis fósseis.”
Essa tendência está mudando, no entanto, à medida que os produtores de amônia tentam produzir amônia “verde”, na qual os átomos de hidrogênio são fornecidos por eletrólise de água neutra em carbono, em vez do processo de Haber-Bosch, que consome muita energia.
Conforme os desafios da síntese de amônia são superados, de acordo com Berry, haverá muitos benefícios em usar a amônia como uma fonte de energia ou combustível comum. É compressível, como o propano, fácil de transportar e armazenar. Embora algumas células de combustível de amônia já existam, elas, ao contrário desse novo processo, requerem energia adicional, por exemplo, primeiro dividindo a amônia em nitrogênio e hidrogênio.
As próximas etapas do grupo incluem descobrir como projetar uma célula de combustível que aproveite as vantagens da nova descoberta e considerar maneiras ecologicamente corretas de criar os materiais iniciais necessários.
“Um dos próximos desafios que gostaria de pensar é como gerar amônia a partir da água, em vez de gás hidrogênio”, diz Trenerry. “O sonho é colocar água, ar e luz solar para criar um combustível.”
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