Un novedoso sistema solar convierte el nitrato de las aguas residuales en amoníaco de alto valor
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Un equipo de investigación afiliado al UNIST ha presentado una tecnología innovadora que transforma los nitratos presentes en las aguas residuales en amoníaco, un producto químico vital y prometedor portador de energía, sin emisiones de carbono. Este avance no sólo ofrece un método sostenible para la producción de amoníaco, sino que también contribuye a los esfuerzos de purificación de las aguas residuales.
El equipo de investigación, dirigido conjuntamente por los profesores Kwanyong Seo y Ji-Wook Jang, de la Escuela de Química Energética del UNIST, ha anunciado que ha logrado diseñar un sistema fotoelectroquímico (PEC) alimentado por energía solar capaz de convertir los nitratos contaminantes en amoníaco en condiciones ambientales.
El amoníaco es un producto químico esencial utilizado mundialmente en la agricultura y la industria, con un consumo anual superior a 150 millones de toneladas. Su alto contenido en hidrógeno también lo sitúa como un candidato prometedor para soluciones de almacenamiento y transporte de energía de nueva generación. Sin embargo, el método industrial predominante -el proceso Haber-Bosch- depende en gran medida de condiciones de alta temperatura y alta presión, lo que provoca importantes emisiones de gases de efecto invernadero.
Su innovador sistema PEC utiliza la luz solar para impulsar la reducción de nitratos sin necesidad de energía eléctrica externa, aprovechando las aguas residuales como materia prima. Los nitratos, cuando están presentes en concentraciones elevadas, plantean riesgos para la salud como la metahemoglobinemia y los cánceres gástricos. La nueva tecnología reduce selectivamente los nitratos a amoníaco, abordando eficazmente tanto la contaminación del agua como la síntesis sostenible de amoníaco.
El sistema consta de un fotocátodo de silicio combinado con un catalizador de lámina de níquel. La luz solar excita el silicio y genera electrones que se canalizan a través del catalizador de níquel para reducir los nitratos a amoníaco. Una innovación clave reside en la formación de una fina capa de hidróxido de níquel (Ni(OH)₂) en la superficie del catalizador durante el funcionamiento, que suprime reacciones competidoras como la evolución del hidrógeno y mejora la selectividad hacia la producción de amoníaco.
Este mecanismo se confirmó mediante experimentos exhaustivos y cálculos de mecánica cuántica. El profesor Suthsu Ryu, del Departamento de Física del UNIST, utilizando simulaciones de teoría funcional de la densidad (DFT), demostró que el Ni(OH)₂ ofrece sitios activos que favorecen la reducción del nitrato a amoníaco, reduciendo las barreras energéticas implicadas.
Sorprendentemente, el sistema alcanzó una tasa récord de producción de amoníaco de 554 microgramos por centímetro cuadrado y hora sin ningún sesgo externo, superando en más de un 50% a las tecnologías anteriores. El sistema mantuvo su rendimiento en una escala mayor de 25 cm², lo que indica un potencial prometedor para su aplicación en el mundo real.
El profesor Seo subrayó: "Convertir los contaminantes nitratos en amoníaco no sólo purifica el agua, sino que también contribuye a la neutralidad de carbono. Nuestro objetivo es desarrollar dispositivos PEC prácticos y a gran escala capaces de producir amoníaco al aire libre, utilizando directamente la luz solar y las aguas residuales como recursos."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Wonjoo Jin, Hyunju Go, Juyeon Jeong, “Nickel Hydroxide Catalyzed Bias-free Photoelectrochemical NH3 Production via Nitrate Reduction,” Adv., Mat., (2025).
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