Trigo, milheto e milho precisam de nitrogênio para crescer. Os fertilizantes, portanto, contêm grandes quantidades de compostos nitrogenados, que geralmente são sintetizados pela conversão de nitrogênio em amônia no processo industrial Haber-Bosch, nomeado após seus inventores. Esta tecnologia é considerada responsável por alimentar até metade da população mundial atual.

O ar consiste em quase 80 por cento de nitrogênio (N2), que é, Contudo, extremamente não reativo, porque a ligação entre os dois átomos de nitrogênio é muito estável. O processo Haber-Bosch quebra esse vínculo, converter nitrogênio em amônia (NH3), que pode ser absorvido e usado pelas plantas. Esta etapa requer pressões e temperaturas muito altas e consome tanta energia que estima-se que consuma 1% da energia primária gerada globalmente.

"Então, estávamos procurando uma maneira de dividir o nitrogênio que fosse mais favorável do ponto de vista energético, "explica o professor Holger Braunschweig do Instituto de Química Inorgânica de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) na Baviera, Alemanha. Certas bactérias mostram que isso realmente funciona:elas são capazes de fazer isso em pressão e temperatura normais, usando a enzima nitrogenase que catalisa a reação com a ajuda dos metais de transição ferro e molibdênio.

"Não tivemos sucesso na reprodução de um tipo de nitrogenase até agora, "Braunschweig diz." Então começamos a procurar uma alternativa:uma molécula que seja capaz de catalisar a reação e não seja baseada em metais de transição. "

Sua equipe tem estudado compostos específicos que contêm boro, os chamados borylenes, por anos. Eles são considerados candidatos potenciais para tal catalisador. Mas como exatamente a molécula de borileno correspondente teria de ser estruturada para esse propósito?

O ferro e o molibdênio na nitrogenase são conhecidos por doar elétrons para a molécula de nitrogênio, um processo chamado redução. Isso faz com que a ligação entre os dois átomos de N seja quebrada. Contudo, isso só funciona porque os metais de transição são uma boa combinação para a molécula de nitrogênio:seus orbitais, o espaço onde os elétrons passaram durante a redução pode ser encontrado, se sobrepõem consideravelmente aos do nitrogênio devido ao seu layout espacial.

Com base em previsões da mecânica quântica, O Dr. Marc-André Légaré, do Instituto de Química Inorgânica, projetou um borileno com um arranjo orbital semelhante. Os resultados de suas investigações foram então testados sinteticamente no instituto JMU.

E com sucesso, já que o borileno produzido dessa maneira era capaz de fixar nitrogênio - e isso em temperatura ambiente e pressão atmosférica normal. "Pela primeira vez, fomos capazes de demonstrar que compostos não metálicos também são capazes de realizar esta etapa, "Légaré enfatiza.

Contudo, isso não significa que o processo Haber-Bosch esteja prestes a ser abolido. Por uma coisa, não é certo que o nitrogênio reduzido possa ser separado do borileno sem destruí-lo. Contudo, esta etapa é necessária para reciclar o catalisador de modo que esteja disponível para se ligar à próxima molécula de nitrogênio posteriormente.

"Se isso acabará por produzir um método energeticamente mais favorável ainda é uma questão em aberto, "diz o professor Braunschweig." É apenas o primeiro passo, embora seja um dos principais, no caminho para alcançar o objetivo final. "

Os resultados do estudo, que foi realizado em colaboração com o grupo de pesquisa do Professor Bernd Engels do Instituto JMU de Química Física e Teórica, será publicado no renomado Ciência revista.