Uma equipe de pesquisa da University Alliance Ruhr, Alemanha, encontrou um catalisador que pode ser usado para converter amônia no transportador de energia hidrogênio e no precursor de fertilizante nitrito. A produção de hidrogênio e a produção de fertilizante têm sido até agora processos químicos separados.

Com a nova abordagem, a equipe da Ruhr University Bochum e da University of Duisburg-Essen demonstra que os dois podem ser combinados em escala laboratorial. O grupo sediado em Bochum, liderado por Ieva Cechanaviciute e o Professor Wolfgang Schuhmann, relata os resultados, com Bhawana Kumari e a Professora Corina Andronescu da University of Duisburg-Essen, no periódico Angewandte Chemie International Edition em 23 de junho de 2024.

O hidrogênio pode ser produzido pela divisão da água (H 2 O) em hidrogênio (H 2 ) e oxigênio (O 2 ) usando energia elétrica. Para tornar esse processo sustentável, a energia deve vir de fontes renováveis.

"Isso só pode ser feito em um país onde há muito espaço para energia eólica e muito sol para energia fotovoltaica, por exemplo, na Namíbia", explica Schuhmann.

Para construir uma economia baseada em hidrogênio na Alemanha, ele deve, portanto, ser importado de países distantes. O ponto crucial da questão é que muita energia é necessária para liquefazer o hidrogênio para transporte, pois ele só se torna líquido em temperaturas extremamente baixas de menos 253 graus Celsius ou altas pressões.

A amônia é mais fácil de transportar do que o hidrogênio Conceitos alternativos, portanto, preveem a conversão de hidrogênio em amônia no local de produção, pois este se torna líquido a menos 33 graus Celsius. Ele também tem uma densidade de energia mais alta.

"Um navio-tanque cheio de amônia líquida transportaria cerca de 2,5 vezes mais energia do que um navio-tanque cheio de hidrogênio líquido ", explica Schuhmann.

Finalmente, a amônia teria que ser convertida de volta em hidrogênio no ponto de uso. Isso geralmente é feito usando a reação reversa de Haber-Bosch, na qual a amônia (NH 3 ) é convertida em nitrogênio (N 2 ) e hidrogênio (H 2 ). Dos dois produtos, no entanto, apenas o hidrogênio pode ser utilizado de forma lucrativa.

"Por isso, tivemos a ideia de combinar a reação reversa de Haber-Bosch com uma segunda eletrólise da água para produzir um produto que pode ser facilmente usado para a produção de fertilizantes, como nitrito ou nitrato, em vez de nitrogênio", explica Ieva Cechanaviciute.

Nessa reação, amônia (NH 3 ) e água (H 2 O) são consumidas para produzir nitrito (NO 2 - ) e hidrogênio (H 2 ). Em contraste com a reação reversa de Haber-Bosch, a produção de hidrogênio é dobrada e, em vez de nitrogênio não utilizável, principalmente nitrito é produzido, o qual pode ser posteriormente processado em fertilizante.

Para a reação, a equipe usou eletrodos de difusão de gás nos quais a amônia pode ser alimentada como gás. "Isso nunca tinha sido feito antes", explica Schuhmann. "A amônia sempre foi usada na forma dissolvida."

Um desafio para os pesquisadores era encontrar um catalisador adequado com o qual sua ideia pudesse ser realizada. Isso porque o material inicial NH 3 tende a se converter em nitrogênio devido à ligação tripla nitrogênio-nitrogênio muito forte e não em nitrito.

"Primeiro tivemos que fazer uma ponte sobre esse Grand Canyon termodinâmico", explica Cechanaviciute. Em trabalhos anteriores, a equipe já havia experimentado catalisadores multimetálicos, que provaram ser adequados para esse propósito. Eles conseguiram converter 87% dos elétrons transferidos em nitrito. A equipe também conseguiu evitar o oxigênio como um subproduto indesejável da eletrólise da água.

"Nosso trabalho mostra que nosso Gedankenexperiment pode funcionar em princípio", resume Schuhmann. "Mas ainda estamos muito longe da implementação técnica em escala industrial."

Informações do periódico: Angewandte Chemie International Edition