Amônia (NH ₃ ) é um dos produtos químicos mais amplamente produzidos, com uma produção global de 170 megatons por ano. É o ingrediente chave na produção de fertilizantes, e, portanto, desempenha um papel crítico na manutenção da população mundial. Contudo, mais de 1 por cento da energia global é consumida pela produção de amônia, que envolve a reação do dinitrogênio (N ₂ ) do ar e dihidrogênio (H ₂ ), através do processo Haber-Bosch.

Embora a indústria tenha visto alguns avanços em termos de eficiência, os átomos de hidrogênio na amônia são derivados do combustível fóssil metano (CH ₄ ), e dióxido de carbono (CO ₂ ) é produzido como um subproduto. Em outras palavras, o processo Haber Bosch é insustentável. Além disso, requer altas temperaturas e pressões, o que significa que só pode ser produzido em grandes reatores centralizados, longe do ponto de consumo. Consequentemente, os desafios logísticos e de segurança do transporte de amônia, que é tóxico e corrosivo, evitar que muitos usuários em potencial possam usá-lo, particularmente nos países em desenvolvimento.

Por muitos anos, cientistas, portanto, têm trabalhado arduamente para encontrar uma alternativa, método eletroquímico de síntese de amônia, que poderia ser alimentado por energia renovável e produzido em uma base localizada, no ponto de uso. Existem grandes desafios a serem resolvidos - científicos e técnicos - antes que o processo se torne escalonável e lucrativo.

Estudos experimentais - até agora - não conseguiram igualar a eficiência do processo dominante de Haber-Bosch. Além disso, muitos desses estudos falham em descartar a contaminação devido à amônia ou outros compostos contendo nitrogênio já presentes no ar, respiração humana, membranas condutoras de íons ou mesmo o próprio catalisador.

Um novo estudo em Natureza por uma equipe internacional de cientistas da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU), A Stanford University e o Imperial College London destacam essa questão.

"A síntese de amônia por meio de processos eletroquímicos está despertando enorme interesse, não apenas de pesquisadores acadêmicos, mas também da indústria e do governo. Esse interesse é impulsionado pela necessidade de tornar a produção de amônia menos dependente de combustíveis fósseis. Contudo, muitos grupos acadêmicos não conseguem provar que a amônia é de fato derivada do N ₂ molécula. Isso se deve em parte às quantidades muito pequenas de amônia produzida, o que faz com que mesmo pequenas contaminações produzam um falso positivo, "diz o professor associado Jakob Kibsgaard da DTU.

O protocolo apresentado pelos cientistas usa nitrogênio-15 (15N ₂ ), um isótopo que lhes permite detectar e quantificar a eletrorredução de N ₂ para amônia. Por meio deste método, eles são capazes de separar os efeitos da contaminação espúria do N verdadeiro ₂ redução.

"Se os processos eletroquímicos se tornarem mais eficientes, a rotulagem de isótopos se tornará menos problemática, pois estaremos produzindo maiores quantidades de amônia. Mesmo assim, temos estudos saindo no momento que não aderem até mesmo aos protocolos mais básicos para garantir que os resultados são válidos, "diz o professor sênior Ifan E. L. Stephens no Imperial College London.

Usando seu protocolo, os cientistas provaram que um método relatado em 1993 por outra equipe de cientistas (do Instituto de Tecnologia de Tóquio), inequivocamente produz amônia derivada de N ₂ . Embora muitos estudos precisem ser reavaliados, o resultado atual é significativo, pois mostra que a produção eletroquímica de amônia é de fato viável.

"Esperamos que este artigo lembre a comunidade de pesquisa para usar os experimentos de controle e protocolos adequados para avaliar corretamente suas pesquisas. Todos fazemos parte de um campo emergente que pode ter um impacto muito positivo na produção de amônia e CO global ₂ emissões. Consequentemente, precisamos ter certeza de que fazemos bom uso de nosso tempo no laboratório - e esta pesquisa pode nos ajudar a fazer isso ", diz o professor Ib Chorkendorff da DTU.