Novo reator gera um dos produtos químicos mais procurados do mundo

Um novo reator promete tornar o processo de produção de amônia mais seguro, eficiente e sustentável.

A amônia é um dos produtos químicos mais importantes que temos no mundo atualmente, mas sua produção consome uma quantidade significativa de energia.

Por isso, esse novo reator promete tornar o processo mais eficiente e, além disso, tem o potencial de transformar águas residuais em água potável. O estudo que descreve essa inovação foi publicado este mês na revista científica Nature Catalysis.

O reator é capaz de produzir gás amônia, um componente essencial na fabricação de fertilizantes e outros processos industriais, a partir de água contaminada.

Para se ter uma noção de sua relevância, mais de 180 milhões de toneladas de amônia são produzidas anualmente, majoritariamente por meio de um método menos sustentável conhecido como Haber-Bosch.

Esse método tradicional envolve uma reação de alta temperatura e alta pressão entre hidrogênio e nitrogênio, o que representa um desafio energético. Conforme o artigo, essa reação química isoladamente consome cerca de 2% da energia mundial.

Via Freepik

Como funciona o novo reator?

Para reduzir o impacto climático associado à produção de amônia, cientistas estão desenvolvendo métodos para converter nitrato em amônia utilizando eletricidade.

Nesse contexto, os dispositivos projetados possuem uma extremidade positiva e outra negativa, gerando uma diferença de carga entre ambas, o que facilita a ocorrência de reações químicas em cada uma delas.

Na extremidade negativa do reator, a água é dividida em gás oxigênio e íons hidrogênio. Já na extremidade positiva, ocorre uma reação que transforma nitratos em amônia e íons hidroxila (OH-).

No entanto, um desafio surge: os íons de hidrogênio gerados na extremidade negativa tendem a se difundir para a extremidade positiva. Nesse local, eles reagem para formar gás hidrogênio.

Como até mesmo a água altamente poluída contém apenas pequenas concentrações de nitrato, essa reação secundária de formação de hidrogênio acaba predominando, dificultando que a reação principal de conversão de nitrato em amônia ocorra de forma eficiente.

Para superar esse obstáculo, um novo estudo introduziu uma inovação: a adição de uma câmara intermediária, criando assim um reator de três câmaras.

Essa configuração ajuda a controlar a difusão dos íons e a promover a reação desejada de conversão de nitrato em amônia.

Com essa abordagem, será possível melhorar a eficiência do processo, explicou Feng-Yang Chen, primeiro autor da pesquisa e pesquisador da Rice University, no Texas, em entrevista ao LiveScience.

Teste com novo reator de três câmaras

Via Freepik

Na primeira câmara do novo reator, o nitrato se transforma em gás amônia e íons hidroxila (OH-). Em seguida, esses íons hidroxila se combinam com íons de sódio presentes na água, resultando na formação de hidróxido de sódio.

À medida que a água tratada sai da primeira câmara e vai para a câmara intermediária, que contém o hidróxido de sódio, o gás amônia recente se solta na forma de bolhas.

Simultaneamente, na terceira câmara, os íons de hidrogênio, produzidos pela separação da água em oxigênio e hidrogênio, migram através do reator em direção à câmara intermediária.

Nessa câmara central, os íons de hidrogênio reagem com os íons hidroxila provenientes do hidróxido de sódio, resultando na formação de água pura.

Por fim, os íons de sódio remanescentes na câmara intermediária retornam para a primeira câmara. Assim, reiniciam o ciclo, permitindo que o processo se repita de maneira contínua e eficiente.

Esse ciclo integrado entre as câmaras do reator é fundamental para manter a eficiência do sistema e garantir a conversão sustentada de nitratos em amônia, minimizando a produção indesejada de hidrogênio.

Sucesso

Assim, nenhum íon de hidrogênio consegue atravessar para o outro lado do reator, evitando interferências na reação de conversão do nitrato em amônia.

Em um teste realizado ao longo de 10 dias, mais de 90% da corrente elétrica na célula experimental foi para a produção de amônia. Esse é um desempenho significativamente melhor em comparação com os aproximadamente 20% alcançados por sistemas anteriores.

É importante mencionar que o design do reator ainda está em fase experimental, e os pesquisadores precisam enfrentar diversos desafios antes de viabilizar a tecnologia para uso comercial.

Um dos principais obstáculos é assegurar que a reação ocorra de forma eficiente mesmo na presença de impurezas, como íons de magnésio e cálcio, que frequentemente estão presentes na água, conforme explicou Chen.

Fonte: Olhar Digital

Imagens: Freepik, Freepik