Pesquisadores da Universidade de Notre Dame estão desenvolvendo uma abordagem de energia renovável para sintetizar amônia, um componente essencial dos fertilizantes que atendem às necessidades mundiais de produção de alimentos. O processo Haber-Bosch desenvolvido no início de 1900 para a produção de amônia depende de combustíveis fósseis não renováveis ​​e tem aplicações limitadas apenas para grandes, fábricas de produtos químicos centralizadas.

O novo processo, publicado em Catálise Natural , utiliza um plasma - um gás ionizado - em combinação com catalisadores de metal não nobre para gerar amônia em condições muito mais suaves do que é possível com Haber-Bosch. A energia no plasma excita as moléculas de nitrogênio, um dos dois componentes que fazem a amônia, permitindo que eles reajam mais prontamente sobre os catalisadores. Como a energia para a reação vem do plasma, em vez de alto calor e pressão intensa, o processo pode ser realizado em pequena escala. Isso torna o novo processo adequado para uso com fontes de energia renováveis ​​intermitentes e para produção distribuída de amônia.

“O plasma tem sido considerado por muitos como uma forma de produzir amônia que não depende de combustíveis fósseis e tem potencial para ser aplicado de forma menos centralizada, "disse William Schneider, H. Clifford e Evelyn A. Brosey Professor de Engenharia, membro afiliado da ND Energy e coautor do estudo. "O verdadeiro desafio tem sido encontrar a combinação certa de plasma e catalisador. Combinando modelos moleculares com resultados em laboratório, fomos capazes de nos concentrar em combinações que nunca haviam sido consideradas antes. "

A equipe de pesquisa liderada por Schneider; David Go, Rooney Family Professor Associate de Engenharia em engenharia aeroespacial e mecânica; e Jason Hicks, professor associado de engenharia química e biomolecular, descobriram que, como as moléculas de nitrogênio são ativadas pelo plasma, os requisitos dos catalisadores de metal são menos rigorosos, permitindo que materiais menos caros sejam usados ​​em todo o processo. Esta abordagem supera os limites fundamentais do processo Haber-Bosch movido a calor, permitindo que a reação seja realizada em taxas de Haber-Bosch em condições muito mais suaves.

"O objetivo do nosso trabalho era desenvolver uma abordagem alternativa para a produção de amônia, mas os insights que vieram desta colaboração entre nossos grupos de pesquisa podem ser aplicados a outros processos químicos difíceis, como a conversão de dióxido de carbono em um produto menos prejudicial e mais útil. À medida que continuamos estudando a síntese de plasma-amônia, também consideraremos de que outra forma o plasma e os catalisadores poderiam beneficiar outras transformações químicas, "disse Hicks.