Água e ar são tudo o que precisa para fazer amoníaco – um dos químicos mais importantes do mundo

Investigadores desenvolveram um método para produzir amoníaco simplesmente a partir do ar e da água. Não só é mais eficiente em termos energéticos do que o processo Haber-Bosch centenário actualmente em uso em todo o mundo, como também é mais ecológico.

Amoníaco – composto por três partes de hidrogénio e uma parte de azoto (ou NH3) – tem tido um impacto importante na sociedade. Sem a produção em massa deste produto químico, estima-se que até um terço de nós não estará vivo. Isto porque a sua principal utilização é fazer fertilizantes, que ajudaram a melhorar o rendimento das culturas e a sustentar uma grande população.

Desenvolvido em 1909, o processo Haber-Bosch – frequentemente citado como a invenção mais importante do século XX – envolve o aquecimento de nitrogénio purificado e hidrogénio gasoso a temperatura e pressão muito elevadas na presença de um catalisador de ferro. A presença do catalisador, que não participa na reacção mas baixa o limiar energético da reacção, é vital. Apesar disso, a produção de amoníaco – cerca de 140m toneladas em 2012 – consome quase 2% do fornecimento mundial de energia.

Parte de grandes necessidades energéticas para alcançar condições de reacção, o método de produção actual é ineficiente porque necessita de gás hidrogénio, que é obtido através do processamento de gás natural. O subproduto do processo é o dióxido de carbono. Stuart Licht e os seus colegas da Universidade George Washington pensaram que poderiam fazer melhor se pudessem encontrar uma forma de utilizar água em vez de gás natural como fonte de hidrogénio.

Tentativas anteriores de combinar água (composta por duas partes de hidrogénio e uma parte de oxigénio) com ar (que consiste em 78% de azoto) para formar amoníaco foram menos bem sucedidas. A solução de Licht era borbulhar ar húmido através de uma mistura de pequenas partículas de óxido de ferro e produtos químicos fundidos (compostos de hidróxido de sódio e potássio) que é zappeado com electricidade.

Ainda reacção química é basicamente a troca de electrões entre átomos. Neste caso, esses electrões são necessários para extrair o hidrogénio da água e depois combiná-lo com azoto. “Quando a electricidade é aplicada, o óxido de ferro captura electrões para permitir que a água e o ar reajam directamente para formar amoníaco”, disse Licht.

Este método afirma utilizar apenas dois terços da energia do processo Haber-Bosch. Juntamente com a eliminação da necessidade de produzir hidrogénio a partir do gás natural, as emissões globais são reduzidas de forma bastante significativa. Todo o processo também ocorre em condições mais suaves, não exigindo 450°C e 200 vezes a pressão atmosférica como o processo Haber-Bosch faz.

Estes não são todos os factores que tornam o método Licht atraente. Parte da energia é obtida através de outra tecnologia que a Licht desenvolveu chamada produção electroquímica solar térmica, ou STEP. É considerado como uma das células solares mais eficientes actualmente em uso. STEP quando aplicado à produção de amoníaco leva à produção de hidrogénio como subproduto.

Este subproduto seria adequado para células de combustível de hidrogénio, outra via popular para os entusiastas da energia limpa, segundo David Fermin, professor de electroquímica na Universidade de Bristol. “O hidrogénio gerado desta forma é significativamente mais limpo”, disse ele.

No entanto, uma coisa é mostrar o sucesso da produção química em laboratórios e outra bem diferente é reproduzi-la à escala industrial. Licht admite que há espaço para melhorias, mas está confiante de que poderia funcionar. Fermin tem um aviso a acrescentar: “Antes de ir para uma escala completa, será necessária uma melhor compreensão do mecanismo nesta complexa reacção de transferência multi-electrónica”

Mas mesmo com o método de Licht, Fermin assinala que estamos longe de ser capazes de replicar a eficiência da natureza na conversão de azoto do ar em produtos químicos úteis, o que é feito por bactérias fixadoras de azoto. “O que é verdadeiramente notável é que a natureza o faz de forma incrivelmente eficiente a baixa temperatura”, acrescentou Fermin.

E mesmo assim, se algo mais eficiente pudesse substituir o processo Haber-Bosch, reduziria a entrada de energia da produção de uma das substâncias químicas mais importantes do mundo e levaria a uma notável redução das emissões globais de CO2.