Amônia com alta eficiência energética é caminho para economia do hidrogênio

Com informações da Agência Fapesp - 08/03/2023

A pesquisadora Victoria Maia ajusta o reator eletroquímico produtor de amônia.
[Imagem: Rodrigo Fernando Brambilla de Souza/Ipen/CINE]

Produção de amônia

Pesquisadores brasileiros desenvolveram um processo que transforma nitrogênio e hidrogênio em amônia (NH₃) à temperatura e pressão ambientes e com alta eficiência energética.

A amônia é a principal molécula sintetizada no mundo, empregada nos mais diversos ramos da cadeia produtiva - muitos consideram o desenvolvimento do processo de síntese da amônia a descoberta mais importante do século XX.

Foi a síntese da amônia que permitiu, por exemplo, o desenvolvimento dos fertilizantes químicos nitrogenados sintéticos, que hoje garantem a produtividade de quase metade de toda a agricultura mundial. Além disso, a amônia tem um papel importante na futura economia do hidrogênio, por ser facilmente revertida em nitrogênio e hidrogênio.

O problema é que a forma tradicional de produção industrial da amônia, conhecida como processo de Haber-Bosch, exige altas temperaturas e pressões, gastando muita energia e liberando para o ambiente grandes quantidades de calor.

Amônia pura e contínua

Dada a importância atual e futura da amônia, existem esforços de grupos de pesquisa em todo o mundo para produzi-la em condições amenas, mas os processos eletroquímicos convencionais utilizam eletrólitos líquidos, que, apesar de eficientes, exigem uma etapa final de purificação.

Victoria Maia e seus colegas do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) queriam superar essa deficiência. Para isso, eles criaram um novo tipo de reator que utiliza um eletrólito sólido.

"O nosso processo, por se basear no uso de um eletrólito polimérico, sólido, transporta o hidrogênio oxidado, ou seja, prótons, para que se liguem quimicamente a moléculas de nitrogênio adsorvido no catalisador de cobre, produzindo a amônia, que sai na forma de gás e eliminando a necessidade de uma etapa de purificação para remover o eletrólito," descreveu Rodrigo Souza, membro da equipe - adsorção é a fixação (adesão) a uma superfície sólida (adsorvente) de moléculas de um fluido (adsorvido).

Além de a amônia sair pura, o reator opera em fluxo contínuo, ou seja, nitrogênio e hidrogênio são colocados em contato com os eletrodos e a amônia é produzida continuamente, e não em lotes, ou bateladas, como é comum na indústria química.

Hidrogênio para o futuro

Em função do interesse crescente em rotas para descarbonização, pesquisadores têm voltado sua atenção para o uso da amônia em células a combustível, que são células eletroquímicas ou galvânicas capazes de gerar eletricidade diretamente através de reações químicas específicas, como a reação de redução do nitrogênio (NRR).

Nessa rota da NRR, são dois os objetivos principais: A produção de um insumo essencial para a indústria e potencial combustível do futuro e o armazenamento do hidrogênio em uma molécula - a amônia - que pode ser facilmente diluída em água e transportada de forma mais segura e barata do que o próprio hidrogênio.

Assim, se as iniciativas de pesquisa em células a combustível de amônia forem bem-sucedidas, a demanda global pelo composto vai aumentar ainda mais, ampliando a importância do reator criado pela equipe brasileira.

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