Un nuevo método para la producción de amoníaco, que aprovecha el poder único del metal líquido, podría reducir significativamente las emisiones de carbono generadas por la producción de este químico ampliamente utilizado.
El amoníaco es esencial en la fabricación de fertilizantes para la producción de alimentos, pero también desempeña un papel importante en la energía limpia, ya que se utiliza como un portador seguro para el transporte de hidrógeno.
Sin embargo, la producción mundial de amoníaco conlleva un alto costo ambiental: consume más del 2% de la energía global y genera hasta el 2% de las emisiones de carbono a nivel mundial.
Reducción del consumo energético y de las emisiones
La doctora Karma Zuraiqi, investigadora y autora principal del estudio realizado por el RMIT, explicó que su alternativa más ecológica utiliza un 20% menos de calor y un 98% menos de presión en comparación con el proceso Haber-Bosch, que tiene más de un siglo de antigüedad y es el método convencional para combinar nitrógeno e hidrógeno para producir amoníaco.
«La producción de amoníaco a nivel mundial actualmente es responsable de el doble de emisiones que las que genera Australia. Si podemos mejorar este proceso y hacerlo menos intensivo en energía, podemos lograr una gran reducción en las emisiones de carbono«, señaló Zuraiqi, de la Escuela de Ingeniería.
Los resultados del estudio, publicado en Nature Catalysis, mostraron que su enfoque de baja energía es tan eficaz en la producción de amoníaco como el estándar actual, pero utilizando menos presión y confiando más en catalizadores de metal líquido.
Ventajas de los metales líquidos
El equipo de investigación, que incluye al profesor Torben Daeneke de RMIT, está a la vanguardia en el aprovechamiento de las propiedades especiales de los catalizadores de metal líquido para la producción de amoníaco, la captura de carbono y la generación de energía.
Un catalizador es una sustancia que acelera las reacciones químicas sin consumirse en el proceso. En este estudio, el equipo desarrolló gotas diminutas de metal líquido que contienen cobre y galio, denominadas «nano planetas» debido a su estructura con una corteza dura, un núcleo exterior líquido y un núcleo interior sólido, que actúan como catalizadores para descomponer los ingredientes base: nitrógeno e hidrógeno.
“El metal líquido nos permite mover los elementos químicos de manera más dinámica, lo que facilita que todos lleguen a la interfaz y permite reacciones más eficientes, ideales para la catálisis”, explicó Daeneke.
Una solución más eficiente y económica
El estudio reveló que el galio descompone el nitrógeno, mientras que la presencia de cobre ayuda a dividir el hidrógeno, lo que permite que ambos trabajen en conjunto de manera eficaz a una fracción del costo de los métodos actuales. “Básicamente, encontramos una forma de aprovechar la sinergia entre los dos metales, mejorando su actividad individual”, añadió Daeneke.
El cobre y el galio, además de ser más baratos y abundantes, representan una ventaja significativa sobre el uso de rutenio, un metal precioso comúnmente utilizado en catalizadores para la producción de amoníaco.
Escalabilidad industrial
Mientras que la producción de amoníaco mediante el proceso Haber-Bosch solo es viable en grandes instalaciones, el enfoque alternativo del equipo podría aplicarse tanto a la producción a gran escala como a una producción más descentralizada. Esto permitiría fabricar pequeñas cantidades de amoníaco de manera económica en instalaciones solares, reduciendo así los costos de transporte y las emisiones asociadas.
Además de las aplicaciones en la producción de fertilizantes, esta tecnología podría ser fundamental para la industria del hidrógeno y apoyar la transición hacia fuentes de energía más limpias, alejándose de los combustibles fósiles. “Una buena forma de hacer que el hidrógeno sea más seguro y fácil de transportar es convertirlo en amoníaco”, explicó Daeneke.
Sin embargo, el uso del amoníaco producido con las técnicas actuales como portador de hidrógeno podría aumentar significativamente las emisiones globales. Por eso, la visión del equipo es combinar su tecnología de producción de amoníaco verde con las tecnologías de hidrógeno, permitiendo que la energía limpia se transporte de manera segura alrededor del mundo sin grandes pérdidas en el proceso.
Próximos pasos y desafíos
El equipo se enfrenta ahora al reto de escalar la tecnología, que hasta el momento ha sido probada en condiciones de laboratorio, y diseñar el sistema para que funcione a presiones aún más bajas, lo que lo haría más práctico como una herramienta descentralizada aplicable a una gama más amplia de industrias.
«Estamos muy emocionados por los resultados obtenidos y deseosos de hablar con socios interesados en escalar esta tecnología para sus respectivas industrias«, concluyó Daeneke.
Este proyecto de investigación ha sido apoyado por el Consejo de Investigación Australiano y el Sincrotrón Australiano (ANSTO). Las interacciones moleculares fueron analizadas en la avanzada instalación de Microscopia y Microanálisis de RMIT, así como en la Instalación Central de Investigación Analítica de QUT, el Sincrotrón Australiano y a través del supercomputador NCI Australia.
Vía www.rmit.edu.au
Santiago G.M. dice
Es un avance tecnológico, que cambia la manera de fabricar el amoníaco, que sigan los éxitos
Carlos Humberto Hashimoto Pacheco dice
Excelente investigación que libera al planeta de mayor contaminación