En lugar de depender de reactores que consumen mucha energía para generar altas temperaturas y presiones, los investigadores están aprovechando el calor natural de la Tierra y obligando a cocinar amoníaco como fertilizante. En un estudio de prueba de concepto publicado el 21 de enero en la revista Cell Press Jol, los investigadores produjeron amoníaco mezclando agua rica en nitrógeno con rocas ricas en hierro, sin ningún aporte de energía ni CO.2 Emisiones Esta nueva receta podría conducir a una alternativa más sostenible a los métodos actuales, que teóricamente emiten suficiente amoníaco para durar 2,42 millones de años.
La idea surge de un fenómeno geológico inusual observado en Mali, África occidental, en los años 1980. Los lugareños descubrieron un pozo en el que fluía gas hidrógeno, que los científicos luego atribuyeron a la reacción química del agua de la roca debajo de la superficie de la tierra.
“Fue un momento de ‘ajá'”, dice el autor principal Iwnetim Abate del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). “Podríamos utilizar la Tierra como fábrica, aprovechando su calor y presión, mientras producimos sustancias químicas valiosas como el amoníaco”. de manera limpia.”
El amoníaco es un ingrediente clave en los fertilizantes y algún día podría impulsar el futuro como combustible limpio, pero la producción industrial actual de amoníaco requiere mucha energía. Consume aproximadamente el 2% de la energía mundial y emite alrededor de 2,4 toneladas (5291 libras) de CO.2 Se produce por cada tonelada (2204 lb) de amoníaco, lo que lo convierte en el principal CO de la industria química.2 excluidor
Para probar su idea de “fábrica de tierra”, Abate y su equipo construyeron un sistema de reacción roca-agua que imita el entorno subterráneo de la Tierra. Expusieron minerales sintéticos ricos en hierro a agua llena de nitrógeno, lo que desencadenó una reacción química que oxidó la roca y produjo amoníaco, que el equipo denominó “amoníaco geológico”. Este proceso no requiere ningún aporte de energía y no se emite CO.2e incluso trabajó en condiciones ambientales.
Luego, el equipo reemplazó el mineral sintético con olivino, una roca natural cargada de hierro, para imitar mejor los escenarios del mundo real. Mejoraron aún más el proceso agregando un catalizador de cobre y aumentando el calor hasta 300 °C (572 °F). En 21 horas, produjeron alrededor de 1,8 kg (4 libras) de amoníaco por tonelada (2204,6 libras) de aceitunas, lo que demuestra la viabilidad y sostenibilidad del método.
“Estos arrecifes se encuentran en todo el mundo, por lo que este método puede adoptarse ampliamente en todo el mundo”, dice Abate. Pero aún así, “hay otro nivel de complejidad en el que tendremos que trabajar”. La implementación implicará perforar a gran profundidad en rocas ricas en hierro, inyectar agua rica en nitrógeno y abordar las complejidades de cómo las rocas se agrietan, expanden e interactúan con gases y líquidos.
La perspectiva económica de la idea es alentadora. La producción de amoníaco geológico cuesta alrededor de 0,55 dólares por kilogramo (2,2 libras), lo que es comparable a los métodos convencionales que cuestan entre 0,40 y 0,80 dólares. La investigación también puede abrir nuevas formas de abordar la contaminación de las aguas residuales.
“Las fuentes de nitrógeno se consideran contaminantes en las aguas residuales y su eliminación cuesta dinero y energía”, dice el primer autor Yifan Gao del MIT. “Pero podemos utilizar las aguas residuales para producir amoníaco. Es una estrategia en la que todos ganan”. Integrar el tratamiento de aguas residuales con la producción de amoníaco puede generar una ganancia adicional de 3,82 dólares por kg de amoníaco.
“El amoníaco es fundamental para la vida”, dice el autor principal del MIT, Joe Lee. “Además de los microbios, la única otra forma natural de producir amoníaco en la Tierra es mediante la electrocución de gas nitrógeno”.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias.
