Investigadores australianos desarrollan un método innovador para producir amoníaco, que utiliza un 20% menos de calor y un 98% menos de presión que el proceso tradicional, revolucionando la industria química y energética.
La producción de amoniaco, sustancia esencial en la fabricación de fertilizantes y el transporte de hidrógeno, está a punto de sufrir una gran transformación gracias a un nuevo método desarrollado por investigadores de RMIT, en Australia.
Este avance promete reducir significativamente las emisiones de carbono asociadas al proceso tradicional, haciéndolo más eficiente y respetuoso del medio ambiente.
La producción global de amoníaco, responsable del 2% del consumo de energía y de las emisiones de carbono del mundo, podría tener un impacto mucho menor en el medio ambiente.
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El desafío de las emisiones en la producción de amoníaco
Actualmente, la producción de amoníaco depende del proceso Haber-Bosch, un método de más de un siglo de antigüedad que combina nitrógeno e hidrógeno a alta presión y altas temperaturas. Aunque eficiente, este método consume mucha energía.
La investigación dirigida por el Dr. Karma Zuraiqi y su equipo en la Escuela de Ingeniería de RMIT propone una alternativa que utiliza un 20% menos de calor y un 98% menos de presión, lo que genera importantes ahorros de energía y una reducción drástica de las emisiones de gases de efecto invernadero. Carbono.
Zuraiqi destacó la importancia de este avance: “Si podemos mejorar este proceso y hacerlo menos intensivo en energía, podríamos lograr una gran reducción de las emisiones de carbono.".
El estudio, publicado en la reconocida revista Catálisis de la naturaleza, muestra que este nuevo enfoque puede producir amoníaco con la misma eficacia que el proceso Haber-Bosch, pero con menos impacto medioambiental.
El papel de los metales líquidos en el nuevo proceso.
El punto clave de la innovación es el uso de catalizadores de metales líquidos, un área en la que ha destacado el equipo del profesor Torben Daeneke del RMIT.
Los catalizadores son sustancias que aceleran reacciones químicas sin consumirse en el proceso, y en este caso, pequeñas gotas de metal líquido que contienen cobre y galio, llamadas “nanoplanetas“, fueron desarrollados.
Aquellos "nanoplanetas“Tienen una estructura única, con un núcleo sólido, una capa exterior líquida y un núcleo interior que facilita la interacción entre nitrógeno e hidrógeno.
Según Daeneke, “El metal líquido permite que los elementos químicos se muevan de forma más dinámica, facilitando el acceso de todos a la interfaz y permitiendo reacciones más eficientes, ideales para la catálisis.“. Esta capacidad permite una producción de amoníaco más eficiente, con menos presión y energía requerida.
Una solución más barata y accesible
Además de la eficiencia energética, el nuevo método presenta ventajas económicas. Los catalizadores a base de cobre y galio son significativamente más baratos y abundantes que el rutenio, un metal precioso comúnmente utilizado en el proceso. Haber-Bosch.
El galio, a su vez, se encarga de descomponer el nitrógeno, mientras que el cobre actúa en la división del hidrógeno, creando una sinergia entre ambos elementos que hace que el proceso sea aún más eficiente.
Daeneke explica: “Básicamente, encontramos una manera de aprovechar la sinergia entre los dos metales, mejorando su actividad individual”. Esta innovación no sólo reduce los costos sino que también hace que el proceso sea más accesible para una amplia gama de industrias.
Potencial de escalabilidad e impacto en la energía limpia
Uno de los aspectos más prometedores de esta innovación es su escalabilidad. Si bien el proceso Haber-Bosch sólo es viable en grandes instalaciones, el nuevo método desarrollado por el equipo australiano puede aplicarse tanto a gran escala como en producciones descentralizadas.
Esto abre la posibilidad de fabricar amoníaco en pequeñas instalaciones solares, reduciendo los costos de transporte y las emisiones asociadas.
Además de su aplicación en el sector de los fertilizantes, esta tecnología podría jugar un papel fundamental en la transición hacia fuentes de energía más limpias, especialmente en el contexto de la economía del hidrógeno. El amoníaco se considera una alternativa eficiente y segura para el transporte de hidrógeno, que puede utilizarse como fuente de energía limpia.
Sin embargo, las técnicas actuales de producción de amoníaco siguen siendo contaminantes. Con este nuevo enfoque, sería posible combinar la producción de “amoniaco verde” con tecnologías de hidrógeno, creando un ciclo de transporte y uso de energía limpia más sostenible.
Próximos pasos y desafíos
Aunque los resultados iniciales son prometedores, el equipo de investigación aún enfrenta desafíos en la transición del laboratorio a la escala industrial.
El siguiente paso es desarrollar sistemas que funcionen a presiones aún más bajas, haciendo que la tecnología sea viable para una gama más amplia de industrias. El equipo también está buscando asociaciones para ayudar a escalar esta tecnología revolucionaria.
La investigación contó con el apoyo del Consejo Australiano de Investigación y el Sincrotrón Australiano, y el análisis molecular avanzado se llevó a cabo en las Instalaciones de Microscopía y Microanálisis del RMIT y en las Instalaciones Centrales de Investigación Analítica de la QUT. La expectativa es que esta innovación pueda revolucionar la producción de amoníaco, reduciendo costos y emisiones de carbono en un futuro cercano.