Novo reator gera um dos produtos químicos mais procurados do mundo

A amônia é um dos produtos químicos mais valiosos, mas sua produção exige muita energia. Um novo reator promete tornar o processo mais eficiente e pode até transformar águas residuais em água potável. O estudo foi publicado este mês na revista científica Catálise da Natureza.

O reator produz gás amônia, um componente importante de fertilizantes e outros processos de fabricação, a partir de água contaminada. Para se ter ideia da importância, são produzidas anualmente mais de 180 milhões de toneladas, a maioria utilizando um processo menos sustentável chamado Haber-Bosch.

É uma reação de alta temperatura e alta pressão entre hidrogênio e nitrogênio. O problema é: só essa reação química utiliza aproximadamente 2% da energia mundial, segundo o artigo.

Como funciona o novo e mais eficiente reator?

Para evitar este impacto climático, os cientistas estão a trabalhar em formas de converter nitrato em amónia utilizando electricidade.

• Nestes dispositivos existe uma extremidade positiva e uma negativa, com diferença de carga entre as duas;
• Reações químicas ocorrem em ambos. A água é dividida em gás oxigênio e íons hidrogênio na extremidade negativa do reator;
• Uma segunda reação converte nitratos em amônia e íons hidroxila (OH-) na extremidade positiva;

Infelizmente, os íons hidrogênio produzidos de um lado tendem a se difundir para o outro, onde reagem quimicamente para formar hidrogênio. Como mesmo a água altamente poluída ainda apresenta pequenas concentrações de nitrato, essa reação do hidrogênio acaba dominando e impede que a principal reação nitrato-amônia ocorra de forma eficiente.

Em um novo estudo, os pesquisadores contornaram esse problema em parte adicionando uma câmara intermediária, criando um reator de três câmaras, disse aos repórteres o primeiro autor, Feng-Yang Chen, da Universidade Rice, no Texas. Ciência Viva.

• Na primeira câmara, o nitrato é convertido em gás amônia e íons hidroxila. Estes combinam-se com íons de sódio já presentes na água para formar hidróxido de sódio.
• À medida que a água limpa sai da primeira câmara e é bombeada para a câmara intermediária com este hidróxido de sódio, o gás amônia recém-formado é borbulhado.
• Enquanto isso, na terceira câmara, os íons de hidrogênio produzidos pela divisão da água se difundem através da célula para a câmara intermediária.
• Aqui, os íons hidrogênio e hidroxila do hidróxido de sódio se combinam para formar água.
• Os íons sódio restantes retornam então da câmara intermediária para a primeira câmara para repetir o ciclo.

Dessa forma, nenhum íon hidrogênio atinge o outro lado do reator para interferir na reação do nitrato. Num teste de 10 dias, mais de 90% da corrente eléctrica na célula da equipa de investigação alimentou a produção de amoníaco, em comparação com cerca de 20% nos sistemas anteriores.

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Vale ressaltar que o projeto ainda é experimental e os pesquisadores ainda precisam resolver diversas questões antes que a tecnologia possa ser lançada comercialmente. Um dos grandes desafios é garantir que a reação ainda possa ocorrer na presença de impurezas como íons de magnésio e cálcio, que também são geralmente encontrados na água, disse Chen.

O estudo foi publicado na revista Catálise da Natureza.