Sol, agua, aire: amoniaco

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Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

La producción convencional de amoniaco tiene un impacto ambiental gigantesco, fundamentalmente en forma de emisiones de dióxido de carbono. Un grupo de investigadores encabezados por Stuart Licht, de la Universidad George Washington, acaba de publicar en Science un proceso de obtención de amoniaco a partir de una fracción de la electricidad necesaria hasta ahora, aire y vapor de agua, reduciendo drásticamente las emisiones de dióxido de carbono. Este resultado, de implementarse industrialmente, tendría un amplio impacto no solo ambiental sino también en la producción de alimentos, ya que el amoniaco se emplea en la fabricación de fertilizantes.

La producción industrial de amoniaco ha transformado el mundo en el último siglo, contribuyendo a la revolución verde (mayores cosechas) que ha permitido alimentar a una población humana que crece exponencialemnte. El proceso Haber-Bosch, desarrollado a comienzos del siglo XX y actualmente el empleado abrumadoramente, produce el amoniaco haciendo reaccionar el nitrógeno del aire (recordemos que la mayor parte del aire es nitrógeno) con hidrógeno empleando hierro como catalizador.

Este proceso requiere presiones y temperaturas muy elevadas o, lo que es lo mismo, mucha cantidad de energía; tanta como el 2% de la energía que se produce en el mundo. Otra característica del proceso, el empleo de hidrógeno, da cuenta del 4% aproximadamente del metano que se consume anualmente en todo el planeta, ya que se obtiene haciendo reaccionar metano con vapor de agua, lo que también produce cantidades ingentes de dióxido de carbono como subproducto.

Una alternativa lógica es pensar en usar la corriente eléctrica para, evitando el paso intermedio del metano, producir la electrolisis del nitrógeno del aire y el vapor de agua para producir el amoniaco. Este proceso existe, su único inconveniente es que sólo el 1% equivalente de la electricidad consumida se convierte en amoniaco. El proceso de Licht et al. aumenta esta cifra hasta un 35% de eficiencia empleando un catalizador consistente en hidróxido fundido en el que están suspendidas nanopartículas de óxido de hierro. La eficiencia disminuye sólo cuando las partículas de óxido se juntan y dejan de ser “nano”, tras unas horas de uso. Los autores afirman que ya tienen solucionado este problema y ya están preparando su publicación.

A la vez que se evitan las emisiones de CO2 al obtener el hidrógeno del vapor de agua, no del metano, el consumo energético es tan sólo un tercio de la electricidad que consume el proceso Haber-Bosch para producir la misma cantidad de amoniaco. El siguiente paso para el equipo, que ya tiene varios trabajos publicados al respecto, es obtener esta energía del sol mediante el procedimiento STEP (Solar Thermal Electrochemical Production).

¿Estamos un siglo después ante la segunda revolución del amoniaco?

Referencia:

Licht S., Cui B., Wang B., Li F.F., Lau J. & Liu S. Ammonia synthesis by N2 and steam electrolysis in molten hydroxide suspensions of nanoscale Fe2O3., Science Vol. 345 no. 6197 pp. 637-640
DOI: 10.1126/science.1254234

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Esta anotación es una participación de Experientia docet en el XXXVIII Carnaval de la Química cuyo blog anfitrión es Pero eso es otra historia

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