A amônia é uma matéria-prima necessária para a produção de fertilizantes, produtos químicos, farmacêuticos e polímeros à base de nitrogênio. Até à data, cerca de 80% da amónia mundial é utilizada para produzir fertilizantes à base de azoto, o que corresponde a 50% da produção alimentar mundial.



A produção global de amônia é de cerca de 180 milhões de toneladas métricas por ano através do processo Haber-Bosch, que exige muito carbono e consome muita energia. O alto consumo de energia, a alta intensidade de carbono e o alto investimento de capital do processo Haber-Bosch tornam mais urgente o desenvolvimento de rotas ambientalmente sustentáveis ​​e acessíveis para a síntese de amônia em condições ambientais.

A síntese eletroquímica de amônia, alimentada por energia renovável, oferece uma abordagem promissora para esse quebra-cabeça. A reação eletrocatalítica de redução de nitrato (NtrRR) para síntese de amônia em condições ambientais tem o potencial de resolver questões ambientais e obter produtos químicos úteis simultaneamente.

Embora muitos esforços tenham sido feitos para desenvolver um catalisador eficiente para melhorar a eficiência de Faraday da amônia e a densidade de corrente no NtrRR, ele ainda enfrenta alguns desafios científicos e práticos. Esta perspectiva visa discutir esses desafios e propor soluções correspondentes.

Em uma perspectiva recente do Departamento de Física da Universidade Técnica da Dinamarca, o Dr. Xianbiao Fu explora os desenvolvimentos e desafios promissores na redução eletroquímica de nitrato para a síntese de amônia. Esta perspectiva foi publicada no Chinese Journal of Catalysis .

Dr. Fu enfatiza a importância do fornecimento sustentável de nitrato, propondo três rotas potenciais:utilização de águas residuais industriais, emprego de processos de plasma e exploração da oxidação eletroquímica do nitrogênio. A produção sustentável e acessível de nitratos é identificada como um desafio fundamental para a viabilidade da redução eletroquímica de nitratos.

O estudo ressalta a importância de compreender o equilíbrio das espécies nas reações de redução de nitrato, especialmente no que diz respeito às mudanças no pH do eletrólito ao longo do tempo. Este fator, muitas vezes negligenciado, pode impactar a estabilidade e o desempenho a longo prazo do sistema eletroquímico.

Um desafio notável destacado é a limitação da transferência de massa de nitrato, que requer soluções inovadoras para melhorar o transporte de nitrato em altas densidades de corrente. Esta perspectiva discute estratégias potenciais, como reatores microfluídicos, agitação e uso de eletrólitos de nitrato de alta concentração.

A estabilidade dos catalisadores para redução de nitratos é identificada como um aspecto crucial, especialmente para aplicações industriais. Embora certos metais de transição como o cobre e o cobalto tenham demonstrado elevada atividade e seletividade, a sua estabilidade durante o uso prolongado continua a ser uma preocupação. Estratégias como formação de liga, encapsulamento e imobilização são propostas para melhorar a estabilidade do catalisador.

Em conclusão, esta perspectiva fornece uma visão abrangente das oportunidades e desafios na redução eletroquímica de nitrato para síntese de amônia.

Os insights de Fu abrem caminho para futuras direções de pesquisa, enfatizando a necessidade de rotas sustentáveis ​​de fornecimento de nitrato, compreendendo o equilíbrio das espécies, superando as limitações de transferência de massa e garantindo a estabilidade do catalisador para avançar no campo em direção à síntese de amônia ecologicamente correta e economicamente viável.

Mais informações: Xianbiao Fu, Algumas reflexões sobre a reação eletroquímica de redução de nitrato, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64521-8
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências