Um novo processo descrito em um artigo. Publicados no diário comunicações eletroquímicas converte nitrogênio e hidrogênio em amônia (NH₃) à temperatura ambiente e pressão com alta eficiência energética. A amônia, um gás composto de nitrogênio e hidrogênio, é a molécula mais sintetizada no mundo e é utilizada na agricultura e em diversos processos produtivos. Não emite CO₂ quando queimado e espera-se que se torne um combustível de próxima geração, pois contém propriedades ideais para economia de hidrogênio. A produção anual de amônia é de cerca de 1,2 milhão de toneladas métricas.

Em resposta ao crescente interesse pelas vias de descarbonização, os pesquisadores recentemente voltaram sua atenção para o uso de amônia em células de combustível: células eletroquímicas ou galvânicas que geram eletricidade a partir de reações químicas específicas, como a reação de redução de nitrogênio (NRR). .

A eletroquímica da NRR é estudada com dois objetivos principais: a produção de um insumo industrial chave e um potencial futuro combustível; e armazenar o hidrogênio em uma molécula, a amônia, que pode ser facilmente diluída em água e transportada de forma mais segura e barata do que o hidrogênio sozinho. Se as iniciativas de pesquisa de células de combustível de amônia forem bem-sucedidas, a demanda global por amônia crescerá ainda mais.

O grupo apoiado pela FAPESP usou um reator eletroquímico para superar o processo Haber-Bosch, que libera grandes quantidades de calor no ambiente. Haber-Bosch é o principal método industrial para a produção de amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio.

“No nosso reator, o processo ocorre por meio de interações elétron-núcleo e dissipa muito menos energia”, disse ele. Rodrigo Fernando Brambilla de Souza, último autor do artigo. Trabalhe com bolsa de estudos na Divisão de Armazenamento de Energia Avançada do Centro de Inovação em Novas Energias (CINEMA), um Centro de Pesquisa em Engenharia (CKD) apoiado pela FAPESP em cooperação com empresas privadas.

Lanzado en mayo de 2018, CINE está cofinanciado por Shell Brasil y realiza investigaciones en asociación con tres instituciones académicas del estado de São Paulo: la Universidad de São Paulo (USP), la Universidad Estatal de Campinas (UNICAMP) y la Universidad de Energía y Energia nuclear. Instituto de Pesquisas (IPEN).

Vários grupos de pesquisa têm procurado maneiras de produzir amônia em condições ambientais. Os processos eletroquímicos convencionais usam eletrólitos líquidos, que são eficientes para fins de síntese, mas contaminam a amônia, exigindo, portanto, uma etapa de purificação.

“Nosso processo usa um eletrólito polimérico sólido e o ânodo oxida o hidrogênio para fornecer prótons, que se ligam quimicamente às moléculas de nitrogênio adsorvidas pelo catalisador de cobre. A saída é o gás amônia, que elimina a necessidade de purificação para retirada do eletrólito”, explica Souza. A adsorção envolve a adesão de moléculas de um gás, líquido ou sólido dissolvido (o adsorvato) a uma superfície (o adsorvente).

“Outra vantagem é que o reator opera em fluxo contínuo. Nitrogênio e hidrogênio são entregues aos eletrodos, e amônia é continuamente produzida e liberada”, disse Souza, que é doutor em química pela Universidade Federal do ABC (UFABC) e faz pós-doutorado no IPEN.

“O artigo mostra resultados reais da operação de um tipo diferente de reator em estudos eletroquímicos fundamentais que nem sempre representam resultados reais. É importante ressaltar que a amônia obtida em nosso estudo é pura, enquanto em outros estudos houve impurezas”, afirmou. Almir Oliveira Neto, penúltimo autor do artigo. É doutor em físico-química pela USP e também é pesquisador de pós-doutorado no IPEN.

As outras coautoras do artigo são Victoria Maia, Camila Santos, Nathália Azeredo e Priscilla Zambiazi, todas do IPEN; e Ermete Antolini, professora da Universidade de Gênova, na Itália.

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