El amoníaco, un gas incoloro esencial para cosas como los fertilizantes, se puede hacer mediante un nuevo proceso que es mucho más limpio, más fácil y más barato que el método líder actual. Los investigadores de UTokyo utilizan equipos de laboratorio disponibles, productos químicos reciclables y un mínimo deenergía para producir amoníaco. Su proceso de producción de amoníaco con agua de samario SWAP promete reducir la producción de amoníaco y mejorar el acceso a fertilizantes de amoníaco para los agricultores de todo el mundo.
En 1900, la población mundial era inferior a 2 mil millones, mientras que en 2019 supera los 7 mil millones. Esta explosión demográfica se vio impulsada en parte por los rápidos avances en la producción de alimentos, en particular el uso generalizado de fertilizantes a base de amoníaco. La fuentede este amoniaco fue el proceso Haber-Bosch, y aunque algunos dicen que es uno de los logros más significativos de todos los tiempos, tiene un precio muy alto.
El proceso Haber-Bosch solo convierte el 10 por ciento de su material de origen por ciclo, por lo que debe ejecutarse varias veces para usarlo todo. Uno de estos materiales de origen es el hidrógeno H2 producido con combustibles fósiles. Esto se combina químicamente con nitrógenoN2 a temperaturas de aproximadamente 400-600 grados Celsius y presiones de aproximadamente 100-200 atmósferas, también a un gran costo de energía.El profesor Yoshiaki Nishibayashi y su equipo del Departamento de Innovación de Sistemas de la Universidad de Tokio esperan mejorar la situación con su SWAPproceso.
"En todo el mundo, el proceso Haber-Bosch consume del 3 al 5 por ciento de todo el gas natural producido, alrededor del 1 o 2 por ciento de todo el suministro de energía del mundo", explicó Nishibayashi. "En contraste, las plantas leguminosas tienen bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno queproducimos amoníaco a temperaturas y presiones atmosféricas. Aislamos este mecanismo y aplicamos ingeniería inversa a su componente funcional: la nitrógenoasa ".
Durante muchos años, Nishibayashi y su equipo utilizaron catalizadores de laboratorio para tratar de reproducir la forma en que se comporta la nitrogenasa. Otros lo han intentado, pero sus catalizadores solo producen decenas a varios cientos de moléculas de amoníaco antes de que expiren. El catalizador especial a base de molibdeno de Nishibayashi produce 4.350moléculas de amoníaco en aproximadamente cuatro horas antes de que expire.
"Nuestro proceso SWAP crea amoníaco a 300-500 veces la tasa del proceso de Haber-Bosch y con una eficiencia del 90 por ciento", continuó Nishibayashi. "Tenga en cuenta los enormes ahorros de energía en el proceso y el abastecimiento de materias primas y los beneficios realmenteespectáculo."
Cualquier persona con los materiales de origen adecuados puede realizar SWAP en un laboratorio de química de sobremesa, mientras que el proceso Haber-Bosch requiere equipos industriales a gran escala. Esto podría permitir el acceso a aquellos que carecen de capital para invertir en equipos tan grandes y costososLas materias primas en sí son un gran ahorro en términos de costo y energía.
"Una fuerte motivación fue hacer posible el proceso SWAP a escala de escritorio. Espero ver que este proceso democratice la producción de fertilizantes", dijo Nishibayashi. "Por lo tanto, no se trata solo de los costos iniciales sino también del costo continuo y el ahorro de energíade materias primas. Mi equipo ofrece esta idea para ayudar a las prácticas agrícolas en los lugares que más lo necesitan "
SWAP toma nitrógeno N2 del aire, como lo hace el proceso Haber-Bosch, pero el catalizador especial a base de molibdeno combina esto con protones H + del agua y electrones e- del samario SmI2El samario, también conocido como reactivo de Kagan, se extrae actualmente y se usa en el proceso SWAP. Sin embargo, el samario se puede reciclar con electricidad para reponer los electrones perdidos y los investigadores apuntan a utilizar fuentes renovables baratas para esto en el futuro.
"Me sorprendió gratamente cuando descubrimos que algo tan común como el agua podría servir como fuente de protones; un catalizador de molibdeno normalmente no permite esto, pero el nuestro es especial", concluyó Nishibayashi. "Es la primera reacción artificial de fijación de nitrógeno".para alcanzar una tasa cercana a la que vemos producir nitrógenoasa en la naturaleza. Y al igual que el proceso natural, también es pasivo, por lo que es mejor para el medio ambiente. Espero que el trabajo de mi vida pueda ser de gran beneficio para la humanidad ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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