Há mais de 112 anos, Fritz Haber e Carl Bosch industrializaram um processo que poderia produzir amônia a partir de nitrogênio prontamente disponível no ar, criando fertilizante químico comercialmente viável capaz de melhorar a produção agrícola. Considerado um dos avanços científicos mais importantes do século 20, o processo Haber-Bosch ainda é usado para o cultivo em todo o mundo. Salvou milhões da fome, mas, juntamente com outras atividades humanas, está interrompendo o ciclo do nitrogênio do planeta, aquecendo o globo e potencialmente arriscando a saúde de milhões.
É por isso que agora é a hora de revisar o trabalho científico em andamento para reequilibrar o ciclo do nitrogênio, de acordo com Xuping Sun, professor do Instituto de Ciências Fundamentais e de Fronteira da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China. Sun e sua equipe avaliaram os últimos anos de pesquisa no campo e resumiram os caminhos mais promissores em um artigo publicado em 2 de junho na Nano Research Energy .

"A maior parte da atmosfera da Terra - 78% - é nitrogênio atmosférico, tornando-se a maior fonte de nitrogênio", disse Sun. "No entanto, o nitrogênio atmosférico tem disponibilidade limitada para uso biológico, levando a uma escassez de nitrogênio utilizável em muitos tipos de ecossistemas, por isso sofre vários tipos de transformação para manter o equilíbrio. A humanidade desequilibrou o ciclo do nitrogênio da Terra."

O nitrogênio circula através de várias formas químicas à medida que se move entre os ecossistemas na atmosfera, água e terra. Antes do advento do processo Haber-Bosch, por exemplo, as plantas obtinham amônio a partir de microrganismos decompositores encontrados em composto e esterco que absorvem nitrogênio e o convertem. As plantas absorvem o amônio, dos microorganismos ou do fertilizante, em suas raízes, mas não conseguem aproveitar a abundância proporcionada pelo fertilizante.

"Quando as raízes das plantas não removem o fertilizante, parte dele sai do campo e polui os cursos d'água", disse Sun. “O resto é consumido por uma série de microrganismos do solo que convertem amônia em nitrito, depois nitrato e, finalmente, em nitrogênio gasoso. aquecendo a atmosfera do que o dióxido de carbono."

A resposta, disse Sun, pode ser a eletrocatálise. Esse processo usa um catalisador para acelerar uma reação química em um eletrodo e é comumente usado em produtos como células de combustível ou baterias.

"A eletrocatálise é um método simples, mas poderoso, que opera em condições ambientais, onde os materiais catalíticos determinam a eficiência da conversão", disse Sun. "A catálise do ciclo do nitrogênio contém várias reações de conversão e eletrocatalisadores potenciais correspondentes, portanto, um catalisador genuinamente eficaz e estável será nossa melhor chance de equilibrar o ciclo do nitrogênio, especialmente se for flexível, sustentável e compatível o suficiente para converter energia renovável intermitente em valor. -produtos químicos adicionados com emissões mínimas de carbono."

Os pesquisadores analisam especificamente como os recentes avanços em nanomateriais heterogêneos, ou materiais atômicos ajustáveis, cujo tamanho e arranjo específicos podem alterar a reação, podem contribuir com soluções potenciais.

"Embora uma infinidade de catalisadores tenham sido desenvolvidos, mostrando boa eficiência e com explicações mecanicistas, grandes avanços ainda são muito necessários", disse Sun. "Esperamos que este artigo chame a atenção de mais pesquisadores para os problemas neste campo que precisam ser resolvidos, incluindo métodos quantitativos precisos ou novos indicadores para determinar a atividade do catalisador; e sistemas catalíticos verdadeiramente eficientes, estáveis ​​e econômicos, que exigem o catalisador , eletrólito, reator e muito mais."

Sun disse que os pesquisadores planejam continuar investigando várias abordagens para desenvolver eletrocatalisadores que possam acelerar o equilíbrio do ciclo do nitrogênio. + Explorar mais

Cultivo de cereais com menos fertilizantes