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A amônia é um dos produtos químicos mais valiosos, mas produzi-la gasta muita energia. Um novo reator promete tornar o processo mais eficiente e ainda pode transformar águas residuais em potável. O estudo foi publicado este mês na revista científica Nature Catalysis.
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O reator produz gás amônia, um dos principais componentes de fertilizantes e outros processos de fabricação, a partir de água contaminada. Para ter uma ideia da importância, mais de 180 milhões de toneladas são produzidas anualmente, a maioria usando um processo menos sustentável chamado Haber-Bosch.
Se trata de uma reação de alta temperatura e alta pressão entre hidrogênio e nitrogênio. O problema é: esta reação química sozinha usa aproximadamente 2% da energia mundial, segundo o artigo.
Como funciona o novo reator mais eficiente?
Para evitar esse impacto climático, os cientistas estão trabalhando em maneiras de converter nitrato em amônia usando eletricidade.
- Nesses dispositivos, há uma extremidade positiva e negativa, com uma diferença de carga entre as duas;
- Reações químicas ocorrem em ambas. 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 de hidrogênio produzidos em um lado tendem a se difundir para o outro, onde reagem quimicamente para formar hidrogênio. Como até mesmo a água altamente poluída ainda tem pequenas concentrações de nitrato, essa reação de hidrogênio acaba dominando e impede que a reação principal de nitrato para amônia ocorra eficientemente.
Em um novo estudo, os pesquisadores contornaram esse problema em parte adicionando uma câmara intermediária, criando um reator de três câmaras, disse o primeiro autor da pesquisa, Feng-Yang Chen, da Rice University no Texas, ao LiveScience.
Teste com novo reator de três câmaras
- Na primeira câmara, o nitrato é convertido em gás amônia e íons hidroxila. Estes se combinam 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 do meio com este hidróxido de sódio, o gás amônia recém-formado é borbulhado para fora.
- Enquanto isso, na terceira câmara, os íons de hidrogênio produzidos pela divisão da água se difundem pela célula para a câmara do meio.
- Aqui, os íons de hidrogênio e hidroxila do hidróxido de sódio se combinam para formar água.
- Os íons de sódio restantes então retornam da câmara do meio para a primeira câmara para repetir o ciclo.
Dessa forma, nenhum íon de hidrogênio chega ao outro lado do reator para interferir na reação do nitrato. Em um teste de 10 dias, mais de 90% da corrente elétrica na célula da equipe de pesquisa alimentou a produção de amônia, em comparação com cerca de 20% para os sistemas anteriores.
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Vale destacar que o design ainda é experimental e os pesquisadores ainda precisam resolver vários problemas 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 geralmente também são encontrados na água, disse Chen.
O estudo foi publicado na revista Nature Catalysis.
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