La producción de urea, un compuesto químico fundamental en múltiples sectores como la agricultura y la industria, ha sido tradicionalmente un proceso costoso y altamente demandante de energía. Este compuesto se sintetiza, en general, mediante un proceso en dos etapas que comienza con la obtención de amoníaco a partir del nitrógeno (N₂) y su posterior reacción con dióxido de carbono (CO₂). Sin embargo, este proceso clásico implica altas temperaturas y presiones, lo que se traduce en un considerable consumo energético.
Con el objetivo de desarrollar métodos más sostenibles, un equipo de investigadores de la Universidad Sun Yat-Sen en China ha presentado una innovadora estrategia para sintetizar urea a partir de gases de escape tratados, en un entorno limitado en protones, utilizando un electrólito sólido en un electrólito. Este enfoque, que se detalla en su artículo publicado en Nature Nanotechnology, promete abrir nuevas oportunidades para la producción de urea de manera más eficiente y a gran escala.
Un avance significativo en la síntesis de urea
La investigación destaca que la electrosíntesis de urea pura a través de la co-reducción de CO₂ y N₂ ha sido un desafío persistente. Los autores, Yan-Chen Liu y Jia-Run Huang, explican que al establecer un entorno limitado en protones en un electrólito equipado con un electrolito sólido poroso, se logra suprimir la reacción de evolución de hidrógeno y la excesiva hidrogenación de N₂ a amoníaco, lo que favorece la formación de urea.
El método propuesto se basa en la creación de un entorno donde los protones son escasos, lo que se logra mediante el uso de un electrólito sólido poroso. Utilizando nanosheets de un marco metálico-azolato ultrafino como catalizador, el equipo alcanzó una eficiencia Faradaica del 65,5% en la producción de urea a partir de gases de escape tratados, que contienen principalmente un 85% de N₂ y un 15% de CO₂, sin generar subproductos de amoníaco ni otros líquidos indeseados.
Los resultados preliminares son prometedores: con un voltaje de celda bajo de 2.0 V, se alcanzaron corrientes de hasta 100 mA, con una tasa de producción de urea de 5.07 g gcat−1 h−1. Además, el sistema logró producir continuamente soluciones acuosas de urea pura al 6.2% durante al menos 30 horas, obteniendo aproximadamente 1.24 g de urea sólida.
Este enfoque no solo mejora la eficiencia energética en comparación con los métodos tradicionales, sino que también representa una manera innovadora de utilizar gases de escape tratados como materia prima directa, lo que podría reducir significativamente los costos de entrada y contribuir a una producción más ecológica y económica de urea a gran escala.
La investigación está en una fase inicial, pero los hallazgos sugieren un camino hacia la producción sostenible de urea, alineándose con las necesidades actuales de disminuir el consumo energético y la huella de carbono en procesos industriales clave.
Más información:
Yan-Chen Liu et al, Electrosynthesis of pure urea from pretreated flue gas in a proton-limited environment established in a porous solid-state electrolyte electrolyser, Nature Nanotechnology(2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01914-3
