Un nuevo prototipo de dispositivo demuestra un enfoque innovador para producir amoníaco, un componente clave de los fertilizantes, que podría transformar una industria responsable de casi un tercio de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
El aire que nos rodea contiene una solución poderosa para hacer que la agricultura sea más sostenible. Investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales en Arabia Saudita han desarrollado un prototipo de dispositivo que puede producir amoníaco, un ingrediente fertilizante clave, utilizando energía eólica para atravesar la malla. El enfoque que han desarrollado, si se perfecciona, podría eliminar la necesidad de un método centenario que combina nitrógeno e hidrógeno a alta presión y temperatura para producir amoníaco. El antiguo sistema consume el 2% de la energía mundial y contribuye con el 1% de las emisiones anuales de dióxido de carbono derivadas de la dependencia del gas natural.
El estudio, publicado el 13 de diciembre Avances en la cienciaEl primero implicó una demostración de la tecnología in situ, en lugar de en un laboratorio. Los investigadores imaginan algún día integrar el dispositivo en los sistemas de riego, permitiendo a los agricultores producir fertilizantes directamente del aire.
“Este avance nos permite utilizar el nitrógeno de nuestro aire y producir amoníaco de forma sostenible”, dijo el autor principal del estudio, Richard Zare, profesor Marguerite Black-Wilbur de Ciencias Naturales en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford. “Este es un paso importante hacia un enfoque descentralizado y ecológico de la agricultura”.
Una buena alternativa
Al prepararse para diseñar su dispositivo, los investigadores estudiaron cómo diversos factores ambientales, como la humedad, la velocidad del viento, los niveles de sal y la acidez, afectan la producción de amoníaco. También observaron cómo el tamaño de las gotas de agua, la concentración de la solución y el contacto del agua con materiales que no se disuelven en agua afectan el proceso. Finalmente, probaron mezclas óptimas de óxido de hierro y un polímero ácido con flúor y azufre para determinar las condiciones ideales para producir amoníaco y comprender cómo interactúan estos materiales catalizadores con las gotas de agua.
El proceso del equipo de Stanford hace que el amoníaco sea limpio y barato y utiliza aire ambiente para capturar nitrógeno e hidrógeno del vapor de agua. Al hacer pasar aire a través de una malla recubierta con catalizador para facilitar las reacciones necesarias, los investigadores produjeron suficiente amoníaco en una concentración lo suficientemente alta como para servir como fertilizante hidropónico en invernaderos. A diferencia de los métodos tradicionales, la nueva técnica funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica estándar, sin necesidad de conectar una fuente de voltaje externa a la malla. Los agricultores pueden operar el dispositivo portátil en el sitio, eliminando la necesidad de comprar y enviar fertilizantes al fabricante.
“Este enfoque reduce significativamente la huella de carbono de la producción de amoníaco”, dijo el autor principal del estudio, Xiaowei Song, científico investigador en química de Stanford.
En experimentos de laboratorio, el equipo demostró un mayor potencial reciclando agua a través de un sistema de aspersores, obteniendo suficiente amoníaco para fertilizar plantas cultivadas en un invernadero después de sólo dos horas. Al incorporar un filtro hecho de material pétreo microporoso, este enfoque puede producir suficiente amoníaco para una amplia gama de aplicaciones agrícolas.
Un futuro sin combustibles fósiles
Según el coautor del estudio, Chenbasha Bashir, de la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, faltan dos o tres años para que el dispositivo esté listo para el mercado. Mientras tanto, los investigadores planean utilizar sistemas de malla cada vez más grandes para producir más amoníaco. “Tiene mucho espacio para desarrollarse”, afirmó Bashir.
La importancia del amoníaco va más allá de los fertilizantes. Como portador de energía limpia, puede almacenar y transportar energía renovable de manera más eficiente debido a su mayor densidad energética que el gas hidrógeno. Esta innovación posiciona al amoníaco como pieza clave en la descarbonización de industrias como el transporte marítimo y la generación de energía.
“El amoníaco verde representa una nueva frontera en materia de sostenibilidad”, afirmó Zare. “Este método, si se puede ampliar económicamente, podría reducir significativamente nuestra dependencia de los combustibles fósiles en varios sectores”.
El estudio fue financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU. y la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales.
