Investigadores de la Universidad de Notre Dame están desarrollando un enfoque de energía renovable para sintetizar amoníaco, un componente esencial de los fertilizantes que sustentan las necesidades de producción de alimentos del mundo. El proceso de Haber-Bosch desarrollado a principios de la década de 1900 para producir amoníaco se basa en combustibles fósiles no renovables y tiene aplicaciones limitadas solo para grandes, Plantas químicas centralizadas.

El nuevo proceso, publicado en Catálisis de la naturaleza , utiliza un plasma, un gas ionizado, en combinación con catalizadores de metales no nobles para generar amoníaco en condiciones mucho más suaves de lo que es posible con Haber-Bosch. La energía en el plasma excita las moléculas de nitrógeno, uno de los dos componentes que intervienen en la producción de amoníaco, permitiéndoles reaccionar más fácilmente sobre los catalizadores. Debido a que la energía para la reacción proviene del plasma en lugar de un calor elevado y una presión intensa, el proceso se puede realizar a pequeña escala. Esto hace que el nuevo proceso sea adecuado para su uso con fuentes de energía renovables intermitentes y para la producción distribuida de amoníaco.

"Muchos han considerado los plasmas como una forma de producir amoníaco que no depende de combustibles fósiles y que tiene el potencial de aplicarse de una manera menos centralizada, "dijo William Schneider, H. Clifford y Evelyn A. Brosey Profesores de Ingeniería, miembro afiliado de ND Energy y coautor del estudio. "El verdadero desafío ha sido encontrar la combinación correcta de plasma y catalizador. Combinando modelos moleculares con resultados en el laboratorio, pudimos concentrarnos en combinaciones que nunca antes se habían considerado ".

El equipo de investigación dirigido por Schneider; David Go, Profesor Asociado de la Familia Rooney de Ingeniería en Ingeniería Mecánica y Aeroespacial; y Jason Hicks, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular, descubrió que debido a que las moléculas de nitrógeno son activadas por el plasma, los requisitos sobre los catalizadores metálicos son menos estrictos, permitiendo el uso de materiales menos costosos durante todo el proceso. Este enfoque supera los límites fundamentales del proceso Haber-Bosch impulsado por calor, permitiendo que la reacción se lleve a cabo a velocidades de Haber-Bosch en condiciones mucho más suaves.

"El objetivo de nuestro trabajo era desarrollar un enfoque alternativo para producir amoníaco, pero los conocimientos que han surgido de esta colaboración entre nuestros grupos de investigación se pueden aplicar a otros procesos químicos difíciles, como convertir el dióxido de carbono en un producto menos dañino y más útil. A medida que continuamos estudiando la síntesis de plasma-amoníaco, También consideraremos de qué otra manera el plasma y los catalizadores podrían beneficiar a otras transformaciones químicas, "dijo Hicks.