Haciendo el amoníaco más 'verde'

Plantas de procesamiento de amoníaco más pequeñas alimentadas por energía alternativa

15.01.2019

Case Western Reserve University

Esta es una ilustración gráfica que muestra el agua protonada reaccionando con moléculas de nitrógeno para formar amoníaco en una interfaz líquido-plasma.

El amoníaco, un compuesto sintetizado por primera vez hace aproximadamente un siglo, tiene docenas de usos modernos y se ha vuelto esencial para fabricar el fertilizante que ahora sostiene la mayor parte de nuestra producción mundial de alimentos.

Pero aunque hemos estado produciendo amoníaco a gran escala desde la década de 1930, se ha logrado principalmente en plantas químicas de gran tamaño que requieren grandes cantidades de gas hidrógeno de combustibles fósiles, lo que hace que el amoníaco sea uno de los productos químicos de mayor consumo de energía entre todos los de gran volumen.

Un par de investigadores de la Universidad Case Western Reserve, uno experto en síntesis electroquímica y el otro en aplicaciones de plasmas, están trabajando para arreglar eso.

Los investigadores Julie Renner y Mohan Sankaran han encontrado una nueva forma de crear amoníaco a partir de nitrógeno y agua a baja temperatura y baja presión. Hasta ahora lo han hecho con éxito en un laboratorio sin usar hidrógeno o el catalizador de metal sólido necesario en los procesos tradicionales.

"Nuestro enfoque, un proceso electrolítico con plasma, es completamente nuevo", dijo Mohan Sankaran, el profesor Goodrich de Innovación en Ingeniería de la Case School of Engineering.

Los plasmas, a menudo denominados el cuarto estado de la materia (aparte de los sólidos, líquidos o gaseosos), son nubes ionizadas de gas, formadas por iones positivos y electrones libres, que le confieren la capacidad única de activar enlaces químicos, incluida la molécula de nitrógeno, que es bastante desafiante, a temperatura ambiente.

Renner, un profesor asistente de Climo en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, agregó que debido a que este nuevo proceso no necesita alta presión o alta temperatura o hidrógeno, lo hace escalable - "el tipo ideal de tecnología para una planta mucho más pequeña, una con alto potencial para ser alimentada por energía renovable".
Un nuevo y viejo método se eleva

Renner y Sankaran han resucitado un elemento de un método noruego poco conocido que precedió a Haber-Bosch (el proceso de Birkeland-Eyde) que reaccionó con nitrógeno y oxígeno para producir nitratos, otra sustancia química que puede utilizarse en la agricultura. Ese proceso se perdió para Haber-Bosch sobre todo porque requería aún más energía en forma de electricidad, un recurso limitado a principios del siglo XX.

"Nuestro enfoque es similar a la síntesis electrolítica de amoníaco, que ha ganado interés como alternativa a Haber-Bosch porque se puede integrar con energía renovable", dijo Sankaran. "Sin embargo, al igual que el proceso de Birkeland-Eyde, utilizamos un plasma, que es intensivo en energía. La electricidad sigue siendo una barrera, pero menos ahora, y con el aumento de las energías renovables, puede que no sea una barrera en absoluto en el futuro.

"Y quizás lo más importante es que nuestro proceso no produce gas hidrógeno", dijo. "Este ha sido el mayor cuello de botella de otros enfoques electrolíticos para formar amoníaco a partir de agua (y nitrógeno), la formación indeseable de hidrógeno."

El proceso Renner-Sankaran tampoco utiliza un catalizador de metal sólido que podría ser una de las razones por las que se obtiene amoníaco en lugar de hidrógeno.

"En nuestro sistema, el amoníaco se forma en la interfaz de una superficie de plasma de gas y agua líquida y se forma libremente en solución", dijo Sankaran.

Hasta ahora, los "lotes de mesa" de amoniaco producidos por el dúo han sido muy pequeños y la eficiencia energética sigue siendo inferior a la de Haber-Bosch. Pero con una optimización continua, su descubrimiento y desarrollo de un nuevo proceso podría algún día conducir a plantas de amoníaco más pequeñas y localizadas que utilizan energía verde.

Nota: Este artículo se ha traducido con un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para poder presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Puesto que este artículo se ha traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática.

Case Western Reserve University

Recommiende artículo PDF / Imprimir artículo

Compartir

Hechos, antecedentes, expedientes
  • amoníaco
  • nitrógeno
  • hidrógeno
  • temperatura
  • síntesis
  • plantas
  • agricultura
Su navegador no está actualizado. Microsoft Internet Explorer 6.0 no es compatible con algunas de las funciones de Chemie.DE.