Chave secreta de cobre impulsiona a produção de amônia verde
Pesquisadores da Universidade Metropolitano de Tóquio descobriram como um catalisador utilizado em uma reação industrial promissora ajuda a gerar amônia, um componente principal de fertilizantes. Neste processo, o óxido de cobre atua como um catalisador importante na reação de redução eletroquímica de nitrato, uma abordagem mais ambientalmente amigável em comparação com o tradicional método Haber-Bosch….
Pesquisadores da Universidade Metropolitano de Tóquio descobriram como um catalisador utilizado em uma reação industrial promissora ajuda a gerar amônia, um componente principal de fertilizantes. Neste processo, o óxido de cobre atua como um catalisador importante na reação de redução eletroquímica de nitrato, uma abordagem mais ambientalmente amigável em comparação com o tradicional método Haber-Bosch. A equipe constatou que pequenas partículas de cobre se formam durante a própria reação e essas partículas auxiliam na conversão de íons nitrito em amônia. Compreender esta etapa oculta oferece novas oportunidades para avançar na química industrial mais limpa.
A amônia desempenha um papel central na produção de fertilizantes e é vital para a agricultura moderna. Atualmente, a maior parte da amônia é produzida através do processo Haber-Bosch, que combina nitrogênio e hidrogênio sob temperaturas e pressões extremamente altas. Esta abordagem exige grandes quantidades de energia e estima-se que contribua com cerca de 1,4% das emissões globais de dióxido de carbono. Como a amônia está tão intimamente ligada ao suprimento alimentar global, existe uma forte motivação para desenvolver alternativas mais limpas.
Investigando uma Rota de Baixa Temperatura para a Amônia
Um grupo de pesquisa liderado pelo Professor Fumiaki Amano na Universidade Metropolitano de Tóquio focou na reação de redução eletroquímica de nitrato, um método emergente que cria amônia a partir de nitratos em temperatura ambiente e pressão atmosférica normal. Técnicas eletroquímicas utilizam eletrodos colocados em uma solução química enquanto uma voltagem é aplicada para desencadear reações específicas. Embora estudos anteriores tenham identificado etapas individuais ocorrendo nos eletrodos durante a formação da amônia, o sequenciamento completo de eventos permaneceu difícil de determinar.
Acompanhando Mudanças no Catalisador com Ferramentas Avançadas
Através do uso de técnicas de medição avançadas, a equipe obteve uma compreensão muito mais clara de como a amônia se forma na presença de um catalisador de óxido de cobre, sendo o óxido de cobre considerado um dos melhores eletrocatalisadores para esta reação. Eles se basearam na absorção de raios X operando, uma técnica que examina tanto o comportamento eletrônico quanto as mudanças estruturais locais. Ao anexar pequenas partículas de óxido de cobre a fibras de carbono, foram capazes de observar como o material responde quando a voltagem aplicada se torna cada vez mais negativa.
Com uma voltagem positiva, descobriram que íons nitrato “passivam” o catalisador ao se ligar à sua superfície, o que impede que o óxido de cobre se converta em cobre metálico e resulta na formação de íons nitrito. Assim que a voltagem se torna mais negativa, a produção de amônia aumenta drasticamente. Este aumento ocorre ao mesmo tempo em que partículas de cobre metálico aparecem, confirmadas por um grande salto nas ligações cobre-cobre. Os pesquisadores determinaram que esse cobre metálico ajuda a adicionar hidrogênio aos íons nitrito, o que leva à formação de amônia.
Caminhos para uma Amônia Verde Mais Eficiente
Os achados mostram como a passivação da superfície influencia o desempenho do óxido de cobre e demonstram que a criação de cobre metálico durante a reação é essencial para uma produção eficiente de amônia. Esses resultados apontam para um conjunto mais amplo de estratégias para melhorar os métodos de amônia verde e para o design das próximas gerações de catalisadores eletroquímicos.
Esta pesquisa foi apoiada pela Universidade Metropolitano de Tóquio e pelo Programa de Bolsas de Parceria Global de Tóquio e é baseada em resultados do projeto JPNP14004 encomendado pela Organização de Desenvolvimento de Tecnologia de Nova Energia e Industrial (NEDO).
