Ciencia e innovación: amoníaco desde el aire, sin emisiones

"Puedes imaginar nuestros reactores en algo como un contenedor de envío mediano con paneles solares. Esto permitirá producir amoníaco bajo demanda."

 

Innovador reactor produce amoníaco a partir de aire y agua sin carbono, ofreciendo una alternativa verde al proceso Haber-Bosch.

Por: José Daniel Figuera

El proceso Haber-Bosch, que lleva más de un siglo produciendo amoníaco a gran escala para fertilizantes, consume cerca del 2% de la energía mundial y depende de combustibles fósiles, generando una gran huella de carbono. Inspirándose en los procesos naturales como los rayos, un equipo liderado por la Universidad de Buffalo ha desarrollado un reactor que produce amoníaco a partir de aire y agua, sin generar emisiones de carbono. Según Chris Li, profesor asistente de química en la Universidad de Buffalo y autor principal del estudio, “Nuestro proceso solo requiere aire y agua, y puede funcionar con electricidad renovable”.

 

El reactor, descrito en el Journal of the American Chemical Society, utiliza un sistema plasma-electroquímico que convierte aire humidificado en fragmentos de óxidos de nitrógeno. Estos fragmentos se procesan luego en un reactor electroquímico con un catalizador de cobre-paladio, logrando transformar los compuestos en amoníaco. Xiaoli Ge, investigadora posdoctoral en el laboratorio de Li y autora principal del estudio, explicó: “Cuando la energía del plasma o un rayo activa el nitrógeno, se genera una sopa de compuestos de óxidos de nitrógeno. Convertir hasta ocho compuestos diferentes en amoníaco simultáneamente es increíblemente difícil”.

A diferencia del proceso Haber-Bosch, que requiere altas temperaturas y presiones, el reactor de la Universidad de Buffalo funciona a temperatura ambiente y puede producir un gramo de amoníaco por día durante más de 1.000 horas. Este diseño se basa en el uso de algoritmos de teoría de grafos para identificar y estabilizar compuestos críticos durante la reacción, optimizando el proceso y aumentando su eficiencia. Según Li, “El Haber-Bosch no se ha modernizado desde su invención hace 100 años. Nuestro método es una alternativa sostenible y escalable”.

Además de su bajo impacto ambiental, este reactor tiene un potencial revolucionario para regiones en desarrollo. Mientras que el Haber-Bosch requiere instalaciones industriales masivas, el sistema desarrollado por Li y su equipo podría instalarse en contenedores medianos con paneles solares en su techo, permitiendo la producción local de amoníaco en regiones remotas. Li afirmó: “Puedes imaginar nuestros reactores en algo como un contenedor de envío mediano con paneles solares. Esto permitirá producir amoníaco bajo demanda en cualquier parte del mundo”.

El equipo ya está trabajando en escalar el reactor y busca alianzas con la industria para su comercialización. La Oficina de Transferencia de Tecnología de la Universidad de Buffalo ha solicitado una patente para el reactor y sus métodos de uso. Este avance no solo promete descentralizar la producción de fertilizantes, sino también hacerlos accesibles a países que actualmente dependen de importaciones, contribuyendo a reducir las desigualdades en el acceso a tecnología sostenible y fertilizantes esenciales.

Fuente y enlace de la investigación: 

Xiaoli Ge, Chengyi Zhang, Mayuresh Janpandit, Shwetha Prakash, Pratahdeep Gogoi, Daoyang Zhang, Timothy R. Cook, Geoffrey I.N. Waterhouse, Longwei Yin, Ziyun Wang, Yuguang C. Li. Controlling the Reaction Pathways of Mixed NOxHy Reactants in Plasma-Electrochemical Ammonia Synthesis. Journal of the American Chemical Society, 2024; 146 (51): 35305 DOI: 10.1021/jacs.4c12858