Los ingenieros químicos de UNSW Sydney han encontrado una manera de producir amoníaco 'verde' a partir del aire, el agua y la electricidad renovable que no requiere las altas temperaturas, la alta presión y la enorme infraestructura que se necesita actualmente para producir este compuesto esencial.
Y el nuevo método de producción, demostrado en una prueba de concepto basada en laboratorio, también tiene el potencial de desempeñar un papel en la transición global hacia una economía del hidrógeno, donde el amoníaco se ve cada vez más como una solución al problema del almacenamientoy transporte de energía de hidrógeno.
en un artículo publicado hoy en Ciencias de la energía y el medio ambiente , los autores de la UNSW y la Universidad de Sydney dicen que la síntesis de amoníaco fue uno de los logros críticos del siglo 20. Cuando se usó en fertilizantes que cuadruplicaron la producción de cultivos alimentarios, permitió que la agricultura mantuviera una población mundial en constante expansión.
Pero desde principios de la década de 1900, cuando se fabricó por primera vez a gran escala, la producción de amoníaco ha sido intensiva en energía, requiriendo temperaturas superiores a 400oC y presiones superiores a 200atm, y todo alimentado por combustibles fósiles.
La Dra. Emma Lovell, coautora del artículo de la Escuela de Ingeniería Química de la UNSW, dice que la forma tradicional de producir amoníaco, conocida como el proceso Haber-Bosch, solo es rentable cuando se produce a gran escala debidoa las enormes cantidades de energía y materiales costosos necesarios.
"La forma actual en que producimos amoníaco a través del método Haber-Bosch produce más CO2 que cualquier otra reacción de producción química", dice ella
"De hecho, la producción de amoníaco consume aproximadamente el 2 por ciento de la energía del mundo y produce el 1 por ciento de su CO2, que es una cantidad enorme si se piensa en todos los procesos industriales que ocurren en todo el mundo".
El Dr. Lovell dice que además de la gran huella de carbono que deja el proceso Haber-Bosch, tener que producir millones de toneladas de amoníaco en ubicaciones centralizadas significa que se requiere aún más energía para transportarlo por todo el mundo, sin mencionar los peligros que conlleva.vaya con el almacenamiento de grandes cantidades en un solo lugar.
Ella y sus colegas, por lo tanto, analizaron cómo producirlo de manera económica, a menor escala y utilizando energía renovable.
"La forma en que lo hicimos no depende de los recursos de combustibles fósiles ni de la emisión de CO2", dice el Dr. Lovell.
"Y una vez que esté disponible comercialmente, la tecnología podría usarse para producir amoníaco directamente en el sitio y bajo demanda; los agricultores incluso podrían hacerlo en el lugar utilizando nuestra tecnología para producir fertilizantes, lo que significa que negamos la necesidad de almacenamiento ytransporte. Y vimos trágicamente en Beirut recientemente lo potencialmente peligroso que puede ser el almacenamiento de nitrato de amonio.
"Entonces, si podemos hacerlo localmente para usarlo localmente, y hacerlo cuando lo necesitemos, entonces hay un gran beneficio para la sociedad, así como para la salud del planeta".
SIN AIRE FINO
ARC DECRA Fellow y coautor, el Dr. Ali Rouhollah Jalili dice que tratar de convertir el nitrógeno atmosférico N2 directamente en amoníaco usando electricidad "ha planteado un desafío significativo para los investigadores durante la última década, debido a la estabilidad inherente del N2 quehace que sea difícil de disolver y disociar. "
El Dr. Jalili y sus colegas idearon experimentos de laboratorio de prueba de concepto que usaban plasma una forma de rayo hecho en un tubo para convertir el aire en un intermediario conocido entre los químicos como NOx, ya sea NO2- nitrito o NO3-nitrato. El nitrógeno en estos compuestos es mucho más reactivo que el N2 en el aire.
"Trabajando con nuestros colegas de la Universidad de Sydney, diseñamos una gama de reactores de plasma escalables que podrían generar el intermediario NOx a una velocidad significativa y con una alta eficiencia energética", dice.
"Una vez que generamos ese intermediario en agua, diseñar un catalizador selectivo y escalar el sistema se volvió significativamente más fácil. El avance de nuestra tecnología fue en el diseño de los reactores de plasma de alto rendimiento junto con la electroquímica".
El profesor Patrick Cullen, quien dirigió el equipo de la Universidad de Sydney, agrega: "El plasma atmosférico encuentra cada vez más aplicaciones en la química verde. Al inducir las descargas de plasma dentro de las burbujas de agua, hemos desarrollado un medio para superar los desafíos de la eficiencia energética y los procesosescalamiento, acercando la tecnología a la adopción industrial ".
SOLUCIÓN DE ALMACENAMIENTO
La profesora de Scientia Rose Amal, codirectora del Centro de Capacitación ARC para la Economía Global del Hidrógeno, dice que además de las ventajas de poder reducir la tecnología, el método 'verde' del equipo de producción de amoníaco podría resolver el problema dealmacenamiento y transporte de energía de hidrógeno.
"El hidrógeno es muy liviano, por lo que necesita mucho espacio para almacenarlo, de lo contrario, debe comprimirlo o licuarlo", dice el profesor Amal.
"Pero el amoníaco líquido en realidad almacena más hidrógeno que el hidrógeno líquido en sí. Por eso, ha habido un interés creciente en el uso del amoníaco como un vector energético potencial para una economía libre de carbono".
El profesor Amal dice que el amoníaco podría potencialmente producirse en grandes cantidades utilizando el nuevo método verde listo para la exportación.
"Podemos usar electrones de granjas solares para producir amoníaco y luego exportar nuestra luz solar como amoníaco en lugar de hidrógeno.
"Y cuando llega a países como Japón y Alemania, pueden dividir el amoníaco y convertirlo nuevamente en hidrógeno y nitrógeno, o pueden usarlo como combustible".
A continuación, el equipo centrará su atención en la comercialización de este avance y está buscando formar una empresa derivada para llevar su tecnología de la escala de laboratorio al campo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Original escrito por Lachlan Gilbert. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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