Estudos apresentam três rotas inovadoras para a produção sustentável de amônia

Três estudos recentes, com participação de pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) da FAPESP, o qual tem sede na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE), fomentado pela FAPESP e pela empresa Shell, avançaram em novas estratégias para a produção de amônia (NH3) de maneiras mais sustentáveis. A amônia é um insumo utilizado na indústria de fertilizantes e em diferentes processos na indústria química básica, orgânica, farmacêutica e de plásticos, além de usos que se estendem à indústria alimentícia e de defesa e tecnologia, sendo matéria-prima em sistemas de refrigeração, na fabricação de explosivos e propulsores de mísseis e foguetes, entre outras aplicações estratégicas. Entretanto, a obtenção de amônia por métodos tradicionais (como o processo Haber-Bosch) consome enormes quantidades de energia e emite gases poluentes, motivando a busca por formas de produção mais limpas em todo o mundo.

Nesse sentido, um dos estudos, publicado na revista Green Chemistry, descreve um método aprimorado de síntese de amônia a partir do nitrogênio (N₂). Essa reação, chamada redução eletroquímica, pode ser conduzida em condições normais de temperatura e pressão, utilizando eletricidade. O processo ocorre com o uso do catalisador de dissulfeto de molibdênio (MoS₂), material que acelera a reação química. O desafio, no entanto, está na eficiência da reação. Isso porque ao ter corrente elétrica em água (H2O) com nitrogênio dissolvido, a reação que mais acontece não é a formação de amônia, mas a de hidrogênio (H₂). Assim, ao invés de obter NH₃ a partir do N₂, os prótons (H+) da molécula água tendem a combinar entre si. Para contornar isso, os autores recobriram o catalisador com nanopartículas de um polímero microporoso chamado PIM-1. Os poros desse material conseguiram concentrar as moléculas de nitrogênio na superfície, enquanto dificultavam a chegada da água, o que favoreceu a formação de amônia. Com esse ajuste, foi possível quase dobrar a produção de amônia em relação ao catalisador sem a modificação.

Outra pesquisa, capa da revista ChemPhysChem, apresentou uma estratégia para produzir amônia usando fotoeletrocatálise, um método que combina luz solar e eletricidade. Nesse caso, os autores construíram um eletrodo em multicamadas de diferentes materiais, como kesterita, sulfeto de cádmio e dióxido de titânio, sendo também melhorado com nanopartículas de platina. Como resultado, essa configuração permitiu obter uma síntese de amônia 28 vezes maior do que sem a platina. O trabalho também mostrou que a combinação de luz solar e eletricidade é mais eficiente do que as abordagens isoladas de fotocatálise ou eletrocatálise. Além disso, a equipe foi pioneira no uso da kesterita para a síntese de amônia. A Profa. Dra. Lucia Helena Mascaro, docente do Departamento de Química da UFSCar, pesquisadora do CINE, CDMF e do Centro de Excelência para Pesquisa em Química Sustentável (CERSusChem), é co-autora nos estudos detalhados e afirma que “Os resultados representam um avanço importante no desenvolvimento de métodos limpos e descentralizados para a produção de amônia”.

A terceira pesquisa, publicada em artigo no Journal of Materials Chemistry A, foca em um problema diferente para a obtenção de amônia: a recuperação de nitrogênio de efluentes da indústria e da agricultura. Neste estudo, a equipe descreve um eletrodo de fosfeto de níquel (Ni3P) com a superfície modificada com oxi-hidróxido de ferro (δ-FeOOH), criando um catalisador muito eficaz na conversão de nitrato (NO₃⁻) em amônia. De maneira impressionante, a eficiência faradaica (uma medida da capacidade de transferência de carga elétrica) do catalisador atingiu 98%. Isso significa que quase toda a corrente elétrica aplicada foi utilizada para a reação desejada, praticamente eliminando o desperdício de energia, o que, por consequência, pode reduzir os custos operacionais. “As três frentes de pesquisa convergem para demonstrar novas rotas limpas e eficientes na produção de amônia”, avalia Mascaro. “Juntas, essas abordagens – eletroquímica avançada, fotoeletrocatálise e recuperação de nitratos – reforçam a viabilidade de métodos descentralizados, alimentados por energia renovável, para substituir o processo Haber-Bosch e reduzir significativamente a pegada de carbono na produção de fertilizantes”. Confira cada um dos artigos e mais detalhes em matéria da Agência FAPESP: https://agencia.fapesp.br/tres-estudos-desenvolvem-novos-metodos-sustentaveis-para-produzir-amonia/55480.