A uréia é um elemento crítico encontrado em tudo, desde fertilizantes a produtos para a pele. Produção em grande escala de ureia, que é naturalmente um produto da urina humana, é um grande empreendimento, representando cerca de 2% do uso global de energia e das emissões hoje.

Por décadas, cientistas e engenheiros têm procurado tornar esse processo mais eficiente em termos de energia, à medida que a demanda por fertilizantes aumenta com o aumento da população. Uma equipe de pesquisa internacional que inclui cientistas e engenheiros da Universidade do Texas em Austin desenvolveu um novo método para fazer ureia que é mais ecologicamente correto do que o processo atual e produz o suficiente para ser competitivo com métodos industriais de uso intensivo de energia.

A produção de uréia hoje envolve um processo térmico de duas etapas que requer altos níveis de calor e pressão em ambientes hostis controlados. Mas esse novo processo requer apenas uma etapa e depende de um conceito chamado eletrocatálise, que usa eletricidade - e potencialmente luz solar - para desencadear reações químicas em uma solução em temperatura ambiente em condições ambientais.

"Em todo o mundo, precisamos reduzir as emissões. É por isso que queremos desenvolver esses caminhos mais sustentáveis ​​para produzir ureia usando eletrocatálise em vez deste processo de duas etapas que consome muita energia, "disse Guihua Yu, um professor associado de ciência dos materiais no Departamento Walker de Engenharia Mecânica da Cockrell School of Engineering, que co-liderou a equipe que publicou um novo artigo importante sobre o processo em Sustentabilidade da Natureza .

Hoje, a ureia sintética é produzida principalmente pelo método Haber-Bosch - conhecido como uma das maiores invenções do século 20 porque permitiu a produção em massa de fertilizantes e ajudou a aumentar o suprimento global de alimentos. Ele combina nitrogênio e hidrogênio para fazer amônia, que então se liga ao dióxido de carbono para formar uréia. Este processo de duas etapas requer aquecimento a 400 ou 500 graus Fahrenheit para realizar a reação, usando grandes quantidades de energia e produzindo emissões significativas ao longo do caminho.

A produção de ureia por eletrocatálise é um processo alternativo mais sustentável e energeticamente eficiente. Contudo, esse método, historicamente, não produziu o suficiente para torná-lo viável. Ele criou muitos subprodutos e exigiu muita energia para quebrar as ligações dos blocos de construção moleculares para desencadear a reação.

Encontrar os elementos ou catalisadores certos para criar uma reação química eficiente foi o principal desafio. A equipe UT usou nitrato, em vez do nitrogênio típico, para se ligar ao dióxido de carbono. E a solução do catalisador é composta por nanomateriais de hidróxido de índio.

Este eletrocatalisador de nanomaterial altamente eficiente tem "alta seletividade, "Yu disse, o que significa que produz apenas o que os pesquisadores querem que produza, não um monte de subprodutos. E cria um maior rendimento de ureia do que as tentativas anteriores de eletrocatálise.

"É preciso muito menos energia para quebrar as ligações de nitrato, comparado ao nitrogênio, e isso ajuda a produzir um rendimento muito maior de ureia, "Yu disse.

Yu vê essa fórmula como aplicável a usos em grande e pequena escala. Dispositivos eletrocatalíticos poderiam ser operados por indivíduos e vendidos a fazendas individuais para que pudessem gerar sua própria uréia para o solo. E a esperança é fornecer soluções alternativas para processos industriais em grande escala para reduzir o uso de energia, o que pode desempenhar um papel em um futuro mais sustentável, pois a população e a demanda por ureia certamente crescerão.

As próximas etapas neste processo envolvem melhorar ainda mais o rendimento e a seletividade, bem como um dispositivo de protótipo que pode aumentar a produção. E a equipe de pesquisa está tentando encontrar uma maneira de alimentar o processo usando energia solar em vez de eletricidade direta.