Uma nova maneira de produzir amônia, aproveitando o poder único do metal líquido, pode levar a cortes significativos nas emissões de carbono causadas pela produção desse produto químico amplamente utilizado.

A amônia é usada em fertilizantes para cultivar grande parte dos nossos alimentos, mas também desempenha um papel na energia limpa como um transportador para transportar hidrogênio com segurança.

A produção global de amônia , no entanto, tem um alto custo ambiental: ela consome mais de 2% da energia global e produz até 2% das emissões globais de carbono.

A pesquisadora do RMIT e principal autora de um estudo sobre o assunto, Dra. Karma Zuraiqi, disse que a alternativa mais ecológica de sua equipe usou 20% menos calor e 98% menos pressão do que o processo Haber-Bosch centenário usado hoje para dividir nitrogênio e hidrogênio em amônia.

O trabalho aparece na Nature Catalysis .

"A produção de amônia no mundo é atualmente responsável por duas vezes as emissões da Austrália. Se pudermos melhorar esse processo e torná-lo menos intensivo em energia, podemos fazer uma grande redução nas emissões de carbono ", disse Zuraiqi, da Escola de Engenharia do RMIT.

Os resultados do estudo mostram que a abordagem de baixa energia é tão eficaz na produção de amônia quanto o padrão ouro atual, pois depende mais de catalisadores de metal líquido eficazes e menos da força de pressão.

"O cobre e o gálio que usamos também são muito mais baratos e abundantes do que o metal precioso rutênio usado como catalisador nas abordagens atuais", disse Zuraiqi. "Todas essas vantagens fazem dele um novo desenvolvimento empolgante que estamos ansiosos para levar mais longe e testar fora do laboratório."

A equipe, incluindo o professor Torben Daeneke, do RMIT, está na vanguarda do aproveitamento das propriedades especiais dos catalisadores de metal líquido para produção de amônia, captura de carbono e produção de energia.

Um catalisador é uma substância que faz com que reações químicas ocorram mais rápida e facilmente sem ser consumida.

Este último estudo demonstrou sua nova técnica de criação de pequenas gotículas de metal líquido contendo cobre e gálio — chamadas de "nanoplanetas" por sua crosta dura, núcleo externo líquido e estrutura de núcleo interno sólido — como catalisador para quebrar os ingredientes brutos de nitrogênio e hidrogênio.

Testes revelaram que o gálio quebrou o nitrogênio, enquanto a presença de cobre ajudou na divisão do hidrogênio, combinando-se para funcionar tão eficazmente quanto as abordagens atuais por uma fração do custo.

"Nós basicamente encontramos uma maneira de aproveitar a sinergia entre os dois metais, aumentando sua atividade individual", disse Daeneke.

A RMIT agora lidera a comercialização da tecnologia, que é de propriedade conjunta da RMIT e da QUT.

Embora a amônia produzida pelo processo tradicional Haber-Bosch só seja viável em grandes instalações, a abordagem alternativa da equipe pode ser adequada tanto para produção em larga escala quanto para produção menor e descentralizada, onde pequenas quantidades são produzidas de forma barata em fazendas solares, o que, por sua vez, reduziria os custos de transporte e as emissões.

Além das aplicações óbvias na produção de amônia para fertilizantes, a tecnologia pode ser um facilitador fundamental para a indústria do hidrogênio e apoiar o abandono dos combustíveis fósseis.

"Uma boa maneira de tornar o hidrogênio mais seguro e fácil de transportar é transformá-lo em amônia", explicou Daeneke. "Mas se usarmos amônia produzida por meio de técnicas atuais como um transportador de hidrogênio, então as emissões da indústria de hidrogênio podem aumentar significativamente as emissões globais. Nossa visão é combinar nossa tecnologia de produção de amônia verde com tecnologias de hidrogênio , permitindo que a energia verde seja enviada com segurança ao redor do mundo sem grandes perdas no caminho", disse ele.

Os próximos desafios são aprimorar a tecnologia — que até agora foi comprovada em condições de laboratório — e projetar o sistema para operar em pressões ainda mais baixas, tornando-o mais prático como uma ferramenta descentralizada para uma gama mais ampla de indústrias.

"Neste momento, estamos realmente animados com os resultados e ansiosos para falar com potenciais parceiros interessados em expandir isso para seus setores", disse ele.