Hace más de 112 años, Fritz Haber y Carl Bosch industrializaron un proceso que podía producir amoníaco a partir del nitrógeno fácilmente disponible en el aire, creando un fertilizante químico comercialmente viable capaz de mejorar la producción de cultivos. Considerado como uno de los avances científicos más importantes del siglo XX, el proceso Haber-Bosch todavía se usa para cultivar en todo el mundo. Salvó a millones de la hambruna, pero, junto con otras actividades humanas, está interrumpiendo el ciclo del nitrógeno del planeta, calentando el globo y poniendo en riesgo la salud de millones de personas.

Es por eso que ahora es el momento de revisar el trabajo científico en curso para reequilibrar el ciclo del nitrógeno, según Xuping Sun, profesor del Instituto de Ciencias Fundamentales y Fronterizas de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China. Sun y su equipo evaluaron los últimos años de investigación en el campo y resumieron los caminos a seguir más prometedores en un artículo publicado el 2 de junio en Nano Research Energy .

"La mayor parte de la atmósfera de la Tierra, el 78%, es nitrógeno atmosférico, lo que la convierte en la mayor fuente de nitrógeno", dijo Sun. "Sin embargo, el nitrógeno atmosférico tiene una disponibilidad limitada para uso biológico, lo que lleva a una escasez de nitrógeno utilizable en muchos tipos de ecosistemas, por lo que sufre varios tipos de transformación para mantener el equilibrio. La humanidad ha desequilibrado el ciclo del nitrógeno de la Tierra". /P>

El nitrógeno pasa por ciclos a través de varias formas químicas a medida que se mueve entre los ecosistemas en la atmósfera, el agua y la tierra. Antes de la llegada del proceso Haber-Bosch, por ejemplo, las plantas obtenían amonio de la descomposición de microorganismos que se encuentran en el compost y el estiércol que absorben nitrógeno y lo convierten. Las plantas absorben el amonio, de los microorganismos o del fertilizante, en sus raíces, pero no pueden utilizar la abundancia proporcionada por el fertilizante.

"Cuando las raíces de las plantas no eliminan el fertilizante, una parte se escapa del campo y contamina las vías fluviales", dijo Sun. "El resto es consumido por una serie de microorganismos del suelo que convierten el amoníaco en nitrito, luego en nitrato y, finalmente, en gas nitrógeno. Eso puede combinarse con el oxígeno en óxido nitroso, comúnmente conocido como gas de la risa, que es unas 300 veces más efectivo en calentar la atmósfera que el dióxido de carbono".

La respuesta, dijo Sun, podría ser la electrocatálisis. Este proceso usa un catalizador para acelerar una reacción química en un electrodo, y se usa comúnmente en productos como celdas de combustible o baterías.

"La electrocatálisis es un método simple pero poderoso que opera en condiciones ambientales, donde los materiales catalíticos determinan la eficiencia de la conversión", dijo Sun. "La catálisis del ciclo del nitrógeno contiene varias reacciones de conversión y los electrocatalizadores potenciales correspondientes, por lo que un catalizador estable y realmente efectivo será nuestra mejor oportunidad para equilibrar el ciclo del nitrógeno, especialmente si es lo suficientemente flexible, sostenible y compatible para convertir la energía renovable intermitente en valor. -sustancias químicas añadidas con emisiones mínimas de carbono".

Los investigadores revisan específicamente cómo los avances recientes en nanomateriales heterogéneos, o materiales atómicos sintonizables cuyo tamaño y disposición específicos pueden cambiar la reacción, pueden aportar soluciones potenciales.

"Aunque se ha desarrollado una plétora de catalizadores, mostrando una buena eficiencia y con explicaciones mecanicistas, todavía se necesitan avances importantes", dijo Sun. "Esperamos que este documento llame la atención de más investigadores sobre los problemas que deben resolverse en este campo, incluidos métodos cuantitativos precisos o nuevos indicadores para determinar la actividad del catalizador; y sistemas catalíticos verdaderamente eficientes, estables y económicos, que requieren que el catalizador , electrolito, reactor y más".

Sun dijo que los investigadores planean continuar investigando varios enfoques para desarrollar electrocatalizadores que podrían acelerar el equilibrio del ciclo del nitrógeno. + Explora más

Cultivo de cereales con menos fertilizantes