Amônia feita com ar, água e luz solar, imitando a fotossíntese

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2025

Quando a reação ocorre em condições ótimas, dois átomos de nitrogênio e três moléculas de água formam duas moléculas de amônia, restando apenas oxigênio - como na fotossíntese.
[Imagem: Yasuomi Yamazaki et al. - 10.1038/s41467-025-59727-w]

Fotossíntese artificial da amônia

A amônia é um produto químico essencial para inúmeros processos industriais, destacando-se em termos econômicos a fabricação de fertilizantes. Mas seu modo de produção, um processo chamado Haber-Bosch, apresenta um custo energético incrivelmente alto, quebrando as expectativas de que a amônia seja o caminho para a economia do hidrogênio.

Por isso, diversas tentativas foram e estão sendo feitas para produzir amônia de forma mais eficiente, de produzir amônia usando ar e água até chegar à amônia produzida por energia solar.

Uma novidade marcante na área acaba de ser apresentada agora por um trio de pesquisadores da Universidade de Tóquio, no Japão.

Eles combinaram nitrogênio atmosférico, água e luz solar e, usando dois catalisadores, produziram quantidades consideráveis de amônia com baixo custo energético. Trata-se de uma técnica biomimética que espelha processos naturais encontrados em plantas que utilizam bactérias simbióticas.

"Este é o primeiro exemplo bem-sucedido de produção fotocatalítica de amônia usando dinitrogênio atmosférico como fonte de nitrogênio e água como fonte de prótons, que também utiliza energia de luz visível e dois tipos de catalisadores moleculares," detalhou o professor Yoshiaki Nishibayashi.

Além disso, o conceito é promissor também em termos ambientais.

"Nas plantas, a amônia é formada pela fixação biológica de nitrogênio por cianobactérias e está ligada à fotossíntese," disse Nishibayashi. "Aqui, os elétrons para a reação são fornecidos pela fotossíntese e os prótons são derivados da água. Portanto, as descobertas do nosso estudo podem ser consideradas um exemplo bem-sucedido da fotossíntese artificial da amônia."

Catalisadores

A chave para o sucesso alcançado está na combinação de dois tipos de catalisadores - compostos intermediários que permitem ou aceleram as reações químicas sem contribuir para a mistura final - feitos especialmente para a produção de amônia, e que são acionados pela luz solar - são fotocatalisadores.

Um dos fotocatalisadores é baseado no metal de transição molibdênio, para a ativação do dinitrogênio, e o outro baseado no metal de transição irídio, para a fotoativação de fosfinas terciárias e água. Esse terceiro componente, as fosfinas terciárias, também é essencial para ajudar a extrair os prótons das moléculas de água.

"Quando o fotocatalisador de irídio absorve a luz solar, seu estado excitado pode oxidar as fosfinas terciárias. As fosfinas terciárias oxidadas ativam as moléculas de água por meio da formação de uma ligação química entre o átomo de fósforo da fosfina e a água, produzindo prótons," explicou Nishibayashi. "O catalisador de molibdênio permite que o nitrogênio se ligue a esses prótons para se transformar em amônia. O uso de água para produzir átomos de di-hidrogênio ou hidrogênio é um dos processos mais importantes para alcançar a produção de amônia verde."

A equipe conseguiu produzir essa reação em uma escala 10 vezes maior que a alcançada em experimentos anteriores, indicando que ela está pronta para testes em escalas maiores, quando então poderão ser avaliadas a segurança e a eficácia do processo como um todo.

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