Una nueva forma de producir amoníaco utilizando el poder único del metal líquido podría conducir a reducciones significativas en las emisiones de carbono causadas por la producción de este químico ampliamente utilizado.
El amoníaco se utiliza en fertilizantes para cultivar la mayoría de nuestros alimentos, pero también desempeña un papel en la energía limpia como portador para transferir hidrógeno de forma segura.
Sin embargo, la producción global de amoníaco tiene un alto costo ambiental: consume más del 2% de la energía global y produce hasta el 2% de las emisiones globales de carbono.
El investigador del RMIT y autor principal del estudio, el Dr. Karma Zuraiki, dijo que su alternativa ecológica producía un 20% menos de calor y un 98% menos de energía que el proceso centenario de Haberbosch utilizado para dividir el nitrógeno y el hidrógeno en amoníaco.
“La producción mundial de amoníaco es actualmente responsable del doble de las emisiones de Australia. Si podemos mejorar el proceso y hacerlo menos intensivo en energía, podemos reducir enormemente las emisiones de carbono”, afirmó Zuraiki de la Escuela de Ingeniería.
Se publicaron los resultados del estudio dirigido por RMIT. Catálisis de la naturaleza demuestran su enfoque de baja energía para producir amoníaco similar al estándar de oro actual al depender más de catalizadores de metales líquidos eficientes y menos de la fuerza de presión.
“El cobre y el galio que utilizamos son mucho más baratos y más abundantes que el metal precioso rutenio que se utiliza como catalizador en los métodos actuales”, dijo Zuraiki. “Todas estas ventajas hacen de este un nuevo y emocionante desarrollo que estamos ansiosos por llevar más lejos y probar fuera del laboratorio”.
Metal líquido al rescate
El equipo, incluido el profesor Torben Daeneke del RMIT, está a la vanguardia en el aprovechamiento de las propiedades especiales de los catalizadores de metales líquidos para la producción de amoníaco, la captura de carbono y la producción de energía.
Un catalizador es una sustancia que hace que una reacción química ocurra más rápido y más fácilmente sin usarlo por sí mismo.
El último estudio demostró su nueva técnica mediante la creación de pequeñas gotas de metal líquido que contienen cobre y galio, denominadas “nanoplanetas” por su corteza dura, su núcleo exterior líquido y su núcleo interior sólido. e hidrógeno.
“Los metales líquidos nos permiten transportar elementos químicos de una manera más dinámica que transporta todo a la interfaz y permite reacciones más eficientes, lo cual es ideal para la catálisis”, dijo Daneke.
“Tanto el cobre como el galio fueron descartados como catalizadores notoriamente pobres para la producción de amoníaco por separado, pero funcionan muy bien juntos”.
Las pruebas demostraron que el galio disociaba el nitrógeno, mientras que la presencia de cobre ayudaba a disociar el hidrógeno, funcionando tan eficientemente como los enfoques actuales a una fracción del costo.
“Básicamente, encontramos una manera de aprovechar la sinergia entre los dos metales, retomando su actividad individual”, dijo Daneke.
RMIT ahora lidera la comercialización de la tecnología, que es propiedad conjunta de RMIT y QUT.
Mejora para la industria
Si bien el amoníaco producido mediante el proceso tradicional de Haber-Bosch solo es factible en instalaciones grandes, el método alternativo del equipo se puede adaptar a la producción descentralizada tanto a gran como a pequeña escala, donde se pueden utilizar métodos de bajo costo en granjas solares. lo que se traducirá en una reducción de los costes de transporte. y emisiones.
Además de las aplicaciones obvias en la producción de amoníaco para fertilizantes, la tecnología podría ser un facilitador clave para la industria del hidrógeno y apoyar la transición hacia el abandono de los combustibles fósiles.
“Una buena manera de hacer que el hidrógeno sea seguro y sencillo es convertirlo en amoníaco”, explicó Daneke.
“Pero si utilizamos amoníaco producido mediante técnicas existentes como portador de hidrógeno, las emisiones de la industria del hidrógeno podrían aumentar significativamente las emisiones globales”.
“Nuestra visión es combinar nuestra tecnología de producción de amoníaco verde con tecnologías de hidrógeno para enviar de forma segura energía verde a todo el mundo sin incurrir en grandes pérdidas en el camino”, afirmó.
Los próximos desafíos son ampliar la tecnología, que hasta ahora ha sido probada en condiciones de laboratorio, y diseñar el sistema para que funcione a presiones aún más bajas, convirtiéndolo en una herramienta descentralizada para una amplia gama de industrias.
“En esta etapa, estamos muy entusiasmados con los resultados y ansiosos por hablar con socios potenciales interesados en ampliar esto para nuestra industria”.
Esta investigación fue apoyada por el Consejo Australiano de Investigación y el Sincrotrón Australiano (ANSTO). Las interacciones moleculares se analizaron utilizando la Instalación de Microscopía y Microanálisis Avanzado de RMIT, así como la Instalación de Investigación Analítica Central de QUT, el Sincrotrón Australiano y la Instalación de Supercomputación de Australia del NCI.
