El proceso Haber-Bosch ha sido fundamental para la producción de amoníaco, un componente esencial en la fabricación de fertilizantes que ha sustentado el crecimiento poblacional del último siglo. Sin embargo, este proceso es insostenible a largo plazo, ya que consume aproximadamente el 2% de la energía total del mundo y su producción de hidrógeno depende en gran medida de combustibles fósiles.
En respuesta a estos desafíos, un equipo de investigación de la Universidad de Buffalo ha desarrollado un reactor plasma-electroquímico que puede transformar nitrógeno del aire y agua en amoníaco sin dejar una huella de carbono. Este avance, publicado en el Journal of the American Chemical Society, representa un paso significativo hacia la síntesis de amoníaco verde con una tasa de producción competitiva en la industria.
Mimetizando el ciclo del nitrógeno en la naturaleza
La naturaleza también produce fertilizantes a través de un proceso conocido como fijación de nitrógeno, donde la energía eléctrica de un rayo descompone las moléculas de nitrógeno en el aire, formando óxidos de nitrógeno que, posteriormente, son convertidos en amoníaco por bacterias en el suelo. El nuevo reactor del equipo de la Universidad de Buffalo reemplaza la acción del rayo con plasma y a las bacterias con un catalizador de cobre-paladio.
El reactor plasma convierte aire humidificado en fragmentos de óxido de nitrógeno, que luego se transforman en amoníaco mediante un reactor electroquímico que utiliza el catalizador. Gracias a un algoritmo basado en teoría de grafos, los investigadores han podido optimizar el diseño del catalizador, estabilizando los compuestos intermedios necesarios para la producción de amoníaco.
Actualmente, el equipo está en el proceso de escalar su reactor y busca asociarse con la industria para su comercialización. La Oficina de Transferencia de Tecnología de la Universidad de Buffalo ha presentado una solicitud de patente para el reactor y sus métodos de uso. Este sistema tiene el potencial de ser implementado en contenedores de tamaño medio equipados con paneles solares, permitiendo la producción de amoníaco en regiones con acceso limitado a los procesos tradicionales de Haber-Bosch.
La producción de amoníaco es dominada por países como China, Estados Unidos, Rusia e India, mientras que muchas naciones en desarrollo carecen de capacidad para producir su propio suministro. La propuesta de un sistema descentralizado podría ofrecer una solución viable para estas regiones, proporcionando fertilizantes de manera sostenible y accesible.
