25/04/2023 - 8:48
Pesquisadores da Universidade Stanford (EUA) descobriram uma maneira simples e ambientalmente correta de produzir amônia com pequenas gotas de água e nitrogênio do ar.
- Plantas modificadas produzem perfume sexual para enganar pragas e substituir pesticidas
- Pesquisadores conseguem cultivam cereais usando menos fertilizantes
- O custo (oculto) da água
A amônia (NH3) é o ponto de partida para a produção de fertilizantes químicos para cultivos agrícolas. Por mais de um século, o mundo confiou no processo Haber-Bosch para produzir amônia a granel, um avanço que ajudou a revolucionar a agricultura e alimentar uma população humana em expansão. Mas o procedimento industrial é intensivo em energia. Para quebrar as ligações fortes do nitrogênio, o processo Haber-Bosch requer aproximadamente 80-300 atmosferas de pressão e temperaturas em torno de 300-500°C. O tratamento a vapor do gás natural envolvido no processo também libera grandes quantidades de dióxido de carbono que altera o clima.
Circunstâncias menos especializadas
Ao todo, para satisfazer a atual demanda mundial anual de 150 milhões de toneladas métricas de amônia, o processo Haber-Bosch consome mais de 2% da energia global e é responsável por cerca de 1% do dióxido de carbono emitido na atmosfera.
Em contraste, o método inovador lançado pelos pesquisadores de Stanford requer circunstâncias menos especializadas.
“Ficamos chocados ao ver que poderíamos gerar amônia em ambientes benignos de temperatura e pressão do dia a dia apenas com ar e água e usando algo tão básico quanto um pulverizador”, disse o autor sênior do estudo, Richard Zare, professor de ciências naturais e de química na Escola de Humanidades e Ciências da Universidade Stanford. “Se esse processo puder ser ampliado, representará uma nova maneira ecológica de produzir amônia, que é um dos processos químicos mais importantes que ocorrem no mundo”.
O novo método também usa pouca energia e baixo custo, apontando assim um caminho a seguir para potencialmente produzir o valioso produto químico de maneira sustentável. Xiaowei Song, bolsista de pós-doutorado em química em Stanford, é o principal autor do estudo, publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Nova química do estudo do céu azul
A nova química descoberta segue os passos do trabalho pioneiro do laboratório de Zare nos últimos anos, examinando a altamente negligenciada e surpreendentemente alta reatividade das microgotículas de água. Em um estudo de 2019, Zare e seus colegas demonstraram que o peróxido de hidrogênio cáustico se forma espontaneamente em microgotículas em contato com superfícies. Experimentos desde então confirmaram um mecanismo de salto de carga elétrica entre os materiais líquidos e sólidos e gerando fragmentos moleculares, conhecidos como espécies reativas de oxigênio.
Levando essas descobertas adiante, Song e Zare iniciaram uma colaboração com o coautor do estudo Basheer Chanbasha, professor de química na Universidade do Petróleo e de Minerais Rei Fahd (Arábia Saudita). Chanbasha é especialista em nanomateriais para aplicações energéticas, petroquímicas e ambientais e está em Stanford como pesquisador visitante desde o ano passado.
A equipe de pesquisa se concentrou em um catalisador – o termo para qualquer substância que aumenta a taxa de uma reação química, mas não é degradada ou alterada pela reação – que eles suspeitavam que poderia ajudar a abrir um caminho químico para a amônia. O catalisador consiste em um óxido de ferro, chamado magnetita, e uma membrana sintética inventada na década de 1960 e composta por cadeias repetidas de duas grandes moléculas.
Os pesquisadores aplicaram o catalisador a uma malha de grafite que Song incorporou a um pulverizador movido a gás. O pulverizador lançou microgotículas nas quais a água bombeada (H2O) e o nitrogênio molecular comprimido (N2) reagiram juntos na presença do catalisador. Usando um dispositivo chamado espectrômetro de massa, Song analisou as características das microgotículas e viu a assinatura da amônia nos dados coletados.
Baixa tecnologia e baixa energia
Zare e seus colegas ficaram muito satisfeitos com esse resultado, especialmente à luz da abordagem relativamente de baixa tecnologia. “Nosso método não requer a aplicação de qualquer tensão elétrica ou forma de radiação”, disse Zare.
De uma perspectiva química mais ampla, o método é notável porque usa três fases da matéria: nitrogênio como gás, água como líquido e catalisador como sólido. “Até onde sabemos, a ideia de usar gás, líquido e sólido ao mesmo tempo para causar uma transformação química é a primeira de seu tipo e tem um enorme potencial para promover outras transformações químicas”, disse Zare.
Embora promissor, o método de produção de amônia revelado por Zare, Song e Chanbasha por enquanto está apenas na fase de demonstração. Os pesquisadores planejam explorar como concentrar a amônia produzida, bem como avaliar como o processo pode ser ampliado para níveis comercialmente viáveis. Embora o Haber-Bosch só seja eficiente quando utilizado em grandes instalações, o novo método de produção de amônia pode ser portátil e feito no local ou mesmo sob demanda em fazendas. Isso, por sua vez, reduziria as emissões de gases de efeito estufa relacionadas ao transporte de amônia de fábricas distantes.
“Com mais desenvolvimento, esperamos que nosso método de geração de amônia possa ajudar a resolver os dois principais problemas iminentes de continuar a alimentar a crescente população da Terra de bilhões de pessoas, ao mesmo tempo que mitiga a mudança climática”, disse Zare. “Estamos esperançosos e entusiasmados para continuar esta linha de pesquisa.”
