Nuevo sistema para descarbonizar la producción de amoníaco

El amoníaco es una sustancia imprescindible en muchas aplicaciones prácticas y procesos industriales. Sin embargo, los procedimientos empleados para obtenerlo son responsables de aproximadamente el 2% del consumo mundial de energía y el 1,4% de las emisiones de dióxido de carbono. Ahora, unos ingenieros han ideado un reactor revolucionario que podría descarbonizar la producción de amoníaco y, al mismo tiempo, combatir la contaminación del agua por nitratos, una clase muy común de polución.

Este equipo de investigación y desarrollo lo integran, entre otros, Haotian Wang y Feng-Yang Chen, de la Universidad Rice en Houston, Texas, Estados Unidos.

En pocas palabras, el nuevo sistema convierte nitratos (agentes contaminantes habituales en las aguas residuales industriales y las escorrentías agrícolas) en amoníaco, un producto químico esencial utilizado en fertilizantes y en una amplia gama de productos, incluidos, por ejemplo, productos químicos para fregar suelos y otras superficies en viviendas.

En la actualidad, el amoníaco es uno de los productos químicos más producidos en el mundo, con una demanda mundial que supera los 180 millones de toneladas anuales. La principal forma de fabricar amoníaco es el proceso Haber-Bosch, que necesita una reacción entre hidrógeno y nitrógeno que se produce en condiciones de alta temperatura y alta presión y que depende de una infraestructura centralizada a gran escala. Una alternativa a este proceso es la síntesis electroquímica, que requiere el uso de electricidad para impulsar las reacciones químicas.

La síntesis electroquímica puede llevarse a cabo a temperatura ambiente, es más adaptable a diferentes infraestructuras y tiene la capacidad de poder ser alimentada por energía renovable descentralizada. Sin embargo, el reto actual para esta tecnología ha venido siendo que se requieren grandes cantidades de aditivos químicos durante el proceso de conversión electroquímica. El nuevo reactor desarrollado por Wang y sus colegas utiliza iones reciclables y un sistema de tres cámaras para mejorar la eficiencia de la reacción.

Una de las principales innovaciones radica en el uso de un electrolito sólido poroso, que elimina la necesidad de altas concentraciones de electrolitos de apoyo, un problema que ha obstaculizado los intentos anteriores de convertir nitratos en amoníaco de forma sostenible. Además, al energizar el proceso de conversión con energía renovable, la producción de amoníaco sería neutra en carbono (no acarrearía un aumento neto de carbono en la atmósfera).

Feng-Yang Chen trabajando en el prototipo de reactor del nuevo sistema. (Foto: Jeff Fitlow / Rice University)

Básicamente, el nuevo sistema puede convertir el agua contaminada con nitratos en amoniaco puro y agua limpia, de forma muy eficiente, sin necesidad de productos químicos adicionales. Dicho de modo simple, se introducen las aguas residuales y se obtienen amoniaco puro y agua depurada.

El equipo de Wang expone los detalles técnicos de su nuevo sistema en la revista académica Nature Catalysis, bajo el título “Electrochemical nitrate reduction to ammonia with cation shuttling in a solid electrolyte reactor”. (Fuente: NCYT de Amazings)