Nuestra sociedad necesita amoniaco más que nunca. Fertilizantes quimicos, el plastico, fibras, productos farmacéuticos, refrigerantes en bombas de calor, e incluso los explosivos utilizan amoniaco como materia prima. Es más, Recientemente se ha sugerido el amoníaco como portador de hidrógeno debido a su alto contenido de hidrógeno.

En el proceso de Haber-Bosch, que es el principal método de síntesis de amoniaco, el nitrógeno reacciona con el hidrógeno usando un catalizador metálico para producir amoníaco. Sin embargo, este proceso industrial se lleva a cabo a 200 atm y altas temperaturas de reacción de casi 500 ° C. Adicionalmente, la producción de amoníaco requiere el uso de mucho gas natural, por lo que los científicos han estado buscando métodos alternativos para sintetizar amoníaco de manera sostenible a baja temperatura.

En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Waseda y Nippon Shokubai Co.Ltd. lograron una síntesis de amoníaco altamente eficiente a baja temperatura, con el rendimiento más alto jamás reportado.

"Al aplicar un campo eléctrico al catalizador utilizado en nuestro experimento, logramos una eficiente, proceso a pequeña escala para la síntesis de amoníaco en condiciones muy suaves, ", dice el profesor Yasushi Sekine de la Universidad de Waseda." Con este nuevo método, podemos recolectar amoníaco de alta pureza como líquido comprimido y abrir las puertas para desarrollar plantas de producción de amoníaco bajo demanda que funcionen con energía renovable ".

Esta investigación fue publicada en Ciencia química .

En 1972, Se encontró que el catalizador de ruthernio (Ru) con metales alcalinos disminuye las temperaturas de reacción y las presiones necesarias para el procesamiento de Haber-Bosch, y se han sugerido diferentes métodos desde este descubrimiento. Desafortunadamente, la velocidad de síntesis de amoniaco se vio obstaculizada por limitaciones cinéticas.

"Aplicamos un campo eléctrico de corriente continua al catalizador Ru-CS para nuestra síntesis de amoníaco. Nuestro grupo de investigación obtuvo un campo de amoníaco notablemente alto de aproximadamente 30 mmol gcat-1h-1 con una alta eficiencia energética de producción. Sin mencionar, esto se hizo a bajas temperaturas de reacción y presiones desde la atmosférica hasta 9 atm, que es controlable cinéticamente. El consumo de energía para producir amoníaco también fue muy bajo ".

La forma en que los investigadores pudieron obtener tales resultados podría explicarse por un mecanismo llamado salto de protones de superficie, una conducción superficial única provocada por un campo eléctrico.

"Nuestras investigaciones experimentales, incluida la observación con microscopio electrónico, mediciones de espectroscopia infrarroja, y pruebas de intercambio isotópico con gas nitrógeno, demostrar que el salto de protones juega un papel importante en la reacción, ya que activa el gas nitrógeno incluso a bajas temperaturas y modera los requisitos de condiciones adversas, "explica el profesor Sekine.

La nueva técnica también aborda los obstáculos en la síntesis de amoníaco convencional, como el envenenamiento por hidrógeno de los catalizadores de Ru y el retraso en la disociación del nitrógeno. Es más, Los resultados de la investigación sugieren que a menor escala, se podría realizar una producción de amoníaco más dispersa, y será posible construir plantas de amoníaco altamente eficientes que funcionen con energía renovable. Se espera que estas plantas de amoníaco produzcan de 10 a 100 toneladas de amoníaco por día. El profesor Sekine cree que sus hallazgos serán importantes para las futuras fuentes de energía y materiales.