Nuestra sociedad necesita más amoníaco que nunca.
Todos los fertilizantes químicos, plásticos, fibras, productos farmacéuticos, refrigerantes en bombas de calor e incluso explosivos usan amoníaco como materia prima. Además, el amoníaco se ha sugerido recientemente como un transportador de hidrógeno debido a su alto contenido de hidrógeno.
En el proceso Haber-Bosch, que es el método principal de síntesis de amoníaco, el nitrógeno reacciona con 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.Además, la producción de amoníaco requiere el uso de mucho gas natural, por lo que los científicos han estado buscando métodos alternativos para sintetizar de forma sostenible el amoníaco a baja temperatura.
En un estudio reciente, los investigadores de la Universidad de Waseda y Nippon Shokubai Co. Ltd. lograron una síntesis de amoníaco altamente eficiente a baja temperatura, con el mayor rendimiento jamás reportado.
"Al aplicar un campo eléctrico al catalizador utilizado en nuestro experimento, logramos un proceso eficiente 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, podemosrecolecte amoníaco altamente puro como líquido comprimido y abra las puertas para desarrollar plantas de producción de amoníaco bajo demanda que funcionan con energía renovable ".
Esta investigación fue publicada en Ciencia química .
En 1972, se descubrió que el catalizador de rutenio Ru con metales alcalinos disminuía las temperaturas y presiones de reacción necesarias para el procesamiento de Haber-Bosch, y se han sugerido diferentes métodos desde este descubrimiento. Desafortunadamente, la tasa de síntesis de amoníaco 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 alta eficiencia energética de producción. Sin mencionar que esto se hizoa bajas temperaturas de reacción y presiones desde la atmósfera hasta 9 atm, que es cinéticamente controlable. 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 en la superficie, una conducción de superficie única activada por un campo eléctrico.
"Nuestras investigaciones experimentales, incluidas la observación con microscopio electrónico, las mediciones de espectroscopía infrarroja y las pruebas de intercambio isotópico con gas nitrógeno, demuestran que el salto de protones desempeña un papel importante en la reacción, ya que activa el gas nitrógeno incluso a bajas temperaturas y modera las duras condicionesrequisitos ", 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 la demora en la disociación de nitrógeno. Además, los resultados de la investigación sugieren que podría lograrse una producción de amoníaco más dispersa y de menor escala, y construir una construcción altamente eficienteLas plantas de amoníaco que funcionan con energía renovable serán posibles. Se espera que tales plantas de amoníaco produzcan de 10 a 100 toneladas de amoníaco por día. El profesor Sekine cree que sus hallazgos serán importantes para futuras fuentes de energía y materiales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Waseda . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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