Nossa sociedade precisa de amônia mais do que nunca. Fertilizantes químicos, plástico, fibras, farmacêuticos, refrigerantes em bombas de calor, e até mesmo explosivos usam amônia como matéria-prima. Além disso, a amônia tem sido sugerida como um carreador de hidrogênio recentemente por causa de seu alto conteúdo de hidrogênio.

No processo Haber-Bosch, que é o principal método de síntese de amônia, o nitrogênio reage com o hidrogênio usando um catalisador de metal para produzir amônia. Contudo, este processo industrial é conduzido a 200 atm e altas temperaturas de reação de quase 500 ° C. Adicionalmente, a produção de amônia requer o uso de muito gás natural, portanto, os cientistas estão procurando métodos alternativos para sintetizar de forma sustentável a amônia em baixa temperatura.

Em um estudo recente, pesquisadores da Universidade Waseda e Nippon Shokubai Co. Ltd. alcançaram uma síntese de amônia altamente eficiente em baixa temperatura, com o maior rendimento já relatado.

"Ao aplicar um campo elétrico ao catalisador usado em nosso experimento, realizamos um trabalho eficiente, processo em pequena escala para síntese de amônia em condições muito suaves, "diz o professor Yasushi Sekine da Universidade Waseda." Usando este novo método, podemos coletar amônia altamente pura como líquido comprimido e abrir portas para o desenvolvimento de plantas de produção de amônia sob demanda que funcionam com energia renovável. "

Esta pesquisa foi publicada em Ciência Química .

Em 1972, catalisador de ruthernium (Ru) com metais alcalinos foi encontrado para diminuir as temperaturas de reação e pressões necessárias para o processamento de Haber-Bosch, e diferentes métodos foram sugeridos desde essa descoberta. Infelizmente, a taxa de síntese de amônia foi prejudicada por limitações cinéticas.

"Nós aplicamos campo elétrico de corrente contínua ao catalisador Ru-CS para nossa síntese de amônia. Nosso grupo de pesquisa obteve campo de amônia notavelmente alto de aproximadamente 30 mmol gcat-1h-1 com alta eficiência de produção de energia. isso foi feito em baixas temperaturas de reação e pressões atmosféricas a 9 atm, que é cineticamente controlável. O consumo de energia para produzir amônia também era muito baixo. "

Como os pesquisadores conseguiram obter tais resultados pode ser explicado por um mecanismo chamado salto de próton de superfície, uma condução de superfície única desencadeada por um campo elétrico.

"Nossas investigações experimentais, incluindo observação de microscópio eletrônico, medições de espectroscopia infravermelha, e testes de troca isotópica usando gás nitrogênio, provar que o salto de próton desempenha um papel importante na reação, uma vez que ativa o gás nitrogênio mesmo em baixas temperaturas e modera os requisitos de condições adversas, "explica o professor Sekine.

A nova técnica também aborda obstáculos na síntese convencional de amônia, tais como envenenamento por hidrogênio de catalisadores Ru e retardo na dissociação de nitrogênio. Além disso, os resultados da pesquisa sugerem que, em menor escala, mais produção de amônia dispersa pode ser realizada, e será possível construir usinas de amônia altamente eficientes que funcionam com energia renovável. Espera-se que essas plantas de amônia produzam de 10 a 100 toneladas de amônia por dia. O professor Sekine acredita que suas descobertas serão importantes para futuras fontes de energia e materiais.