Un equipo de investigación de la Alianza Universitaria del Ruhr (Alemania) ha encontrado un catalizador que puede utilizarse para convertir el amoníaco en el portador de energía hidrógeno y el precursor de fertilizante nitrato. La producción de hidrógeno y la producción de fertilizantes han sido hasta ahora procesos químicos separados. Con este nuevo enfoque, un equipo de la Universidad Ruhr de Bochum y de la Universidad de Duisburg-Essen demuestra que ambos pueden combinarse a escala de laboratorio. El grupo con sede en Bochum, dirigido por Ieva Cechanaviciute y el profesor Wolfgang Schuhmann, junto con Bhavana Kumari y la profesora Corina Andronescu de la Universidad de Duisburg-Essen, informa sobre los hallazgos en la revista. Edición Internacional de Química Aplicada A partir del 23 de junio de 2024.
El hidrógeno se puede producir dividiendo el agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) utilizando energía eléctrica. Para que este proceso sea sostenible, la energía debe provenir de fuentes renovables. “Esto sólo es posible en un país donde hay suficiente espacio para la energía eólica y mucho sol para la fotovoltaica, como por ejemplo en Namibia”, explica Wolfgang Schuhmann. Por lo tanto, para construir una economía basada en el hidrógeno en Alemania, habría que importarlo de países lejanos. El quid de la cuestión es que licuar hidrógeno para su transporte requiere mucha energía, ya que sólo se licua a temperaturas extremadamente bajas o presiones altas de -253 grados centígrados.
El amoníaco es más fácil de transportar que el hidrógeno.
Por lo tanto, conceptos alternativos prevén convertir el hidrógeno en amoníaco en el lugar de producción, ya que se licua a -33 grados centígrados. También tiene una alta densidad energética. “Un camión cisterna lleno de amoníaco líquido transporta aproximadamente 2,5 veces más energía que un camión cisterna lleno de hidrógeno líquido”, explica Schumann. Finalmente, el amoníaco deberá volver a convertirse en hidrógeno en el momento de su uso. Esto generalmente se hace mediante la reacción inversa de Haberbosch, en la que amoníaco (NH3) se convierte en nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2). Sin embargo, de los dos productos, sólo el hidrógeno puede utilizarse de forma rentable.
Duplicar la producción de hidrógeno.
Ieva Cechanaviciute explica: “Así que se nos ocurrió la idea de combinar la reacción inversa de Haber-Bosch con otras electrólisis del agua para producir un producto que podría usarse fácilmente para la producción de fertilizantes, como nitrito o nitrito en lugar de nitrógeno. ” explica Ieva Cechanaviciute. En esta reacción, el amoníaco (NH3) y agua (H2O) Nitrato (NO2–) e hidrógeno (H2). A diferencia de la reacción inversa de Haberbosch, la producción de hidrógeno se duplica y en lugar de nitrógeno inutilizable se produce principalmente nitrato, que se puede procesar posteriormente para convertirlo en compost.
Para la reacción, el equipo utilizó un electrodo de difusión de gas al que se puede introducir amoníaco en forma gaseosa. “Esto nunca se había hecho antes”, explica Wolfgang Schuhmann. “El amoníaco siempre se utilizó en forma disuelta”.
Superando el valle termodinámico
Un desafío para los investigadores fue encontrar un catalizador adecuado para hacer realidad su idea. Esto se debe a que el material de partida NH3 El nitrógeno muy fuerte se convierte en nitrógeno y no en nitrito debido al triple enlace del nitrógeno. “Primero tuvimos que salvar este gran cañón termodinámico”, explica Cechanaviciute. En trabajos anteriores, el equipo ya había experimentado con catalizadores multimetálicos que resultaron adecuados para este fin. Pudieron convertir el 87% de los electrones transferidos en nitrato. El equipo también logró evitar el oxígeno como subproducto no deseado de la electrólisis del agua.
“Nuestro trabajo demuestra que nuestro experimento Gedanken en principio puede funcionar”, resume Wolfgang Schuhmann. “Pero todavía estamos muy lejos de la implementación técnica a escala industrial”.
