{"id":134684,"date":"2021-03-08T11:09:36","date_gmt":"2021-03-08T10:09:36","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134684"},"modified":"2021-03-08T11:09:36","modified_gmt":"2021-03-08T10:09:36","slug":"un-paso-adelante-en-la-produccion-sostenible-de-amoniaco","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2021\/03\/08\/134684","title":{"rendered":"Un paso adelante en la producci\u00f3n sostenible de amoniaco"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Autor:\u00a0Juan M. Coronado<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><a href=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2021\/03\/Figura-17.png\"><img decoding=\"async\" class=\"alignleft size-full wp-image-134694\" title=\"Figura 1\" src=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2021\/03\/Figura-17-e1615198119991.png\" alt=\"\" width=\"250\" height=\"190\" \/><\/a>La producci\u00f3n de amoniaco es posiblemente una de las mayores historias de \u00e9xito de la cat\u00e1lisis heterog\u00e9nea, ya que este proceso ha sufrido pocos cambios desde su desarrollo industrial por Carl Bosch a partir del proceso catal\u00edtico de Fritz Haber hace m\u00e1s de un siglo. Esta ruta para la conversi\u00f3n del nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico ha hecho posible la producci\u00f3n masiva de fertilizantes (y tambi\u00e9n de explosivos), transformando la agricultura e incrementando la producci\u00f3n de alimentos. Un dato que pone de manifiesto la importancia de esta reacci\u00f3n es que se estima que hasta un 50% del nitr\u00f3geno presente en nuestro cuerpo ha sido previamente procesado en una planta de amoniaco. Sin embargo, el proceso Haber-Bosch requiere unas condiciones de operaci\u00f3n extremas para alcanzar la eficiencia necesaria, con presiones de en el intervalo de 100 a 250 atm\u00f3sferas y temperaturas de 450-600 \u00baC. Como consecuencia la producci\u00f3n de amoniaco presenta una considerable demanda energ\u00e9tica y, teniendo en cuenta la enorme magnitud de su volumen de producci\u00f3n, se ha estimado que esta industria por si sola es responsable de algo menos del 2 % del consumo energ\u00e9tico mundial, y genera el 1.6 % de las emisiones globales de CO<sub>2<\/sub>. Este hecho, junto el creciente inter\u00e9s en emplear el amoniaco para el almacenamiento de energ\u00eda est\u00e1 incentivando el desarrollo de v\u00edas alternativas de s\u00edntesis que permitan incorporar las energ\u00edas renovables en el proceso. Sin embargo, la fortaleza extrema del triple enlace (N\u2261N, 941 kJ.mol<sup>-1<\/sup>) que caracteriza a la mol\u00e9cula de N<sub>2<\/sub> constituye una importante barrera para conseguir su activaci\u00f3n de manera eficiente en condiciones m\u00e1s suaves.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Entre las distintas alternativas propuestas, la fotocat\u00e1lisis proporciona una v\u00eda potencial para usar directamente la luz solar, mediante un semiconductor con las caracter\u00edsticas electr\u00f3nicas adecuadas para producir amoniaco en condiciones atmosf\u00e9ricas, empleando \u00fanicamente N<sub>2<\/sub> y agua como agente reductor. Si la eficiencia de la fotocat\u00e1lisis pudiera alcanzar valores suficientemente elevados, esta tecnolog\u00eda supondr\u00eda un cambio de paradigma, ya que facilitar\u00eda una producci\u00f3n sostenible y distribuida de amoniaco. A pesar del evidente inter\u00e9s de esta ruta desde un punto de vista energ\u00e9tico, su desarrollo se ha visto limitado por el reducido rendimiento alcanzado hasta la fecha, que hace inviable su aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica. No obstante, la investigaci\u00f3n contin\u00faa, y poco a poco se van obteniendo mejoras significativas que permiten albergar la esperanza de que la conversi\u00f3n fotocatal\u00edtica de N<sub>2<\/sub> pueda ser competitiva en el futuro.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">En este sentido un grupo de investigadores de la Academia China de Ciencias en Beijing, en colaboraci\u00f3n con las Universidad de Auckland (Nueva Zelanda) han propuesto recientemente el empleo de fotocatalizadores nanoestructurados basados en nanopart\u00edculas de Cu<sub>2<\/sub>O sintetizadas sobre hidr\u00f3xidos dobles laminares (LDH) de Zn y Al para mejorar la eficiencia en la s\u00edntesis de amoniaco empleando \u00fanicamente luz visible para la activaci\u00f3n del N<sub>2<\/sub>. La clave de esta mejora es la obtenci\u00f3n de part\u00edculas de Cu<sub>2<\/sub>O con dimensiones muy reducidas (3 nm) mediante un proceso de reducci\u00f3n suave y controlada del precursor s\u00f3lido con \u00e1cido asc\u00f3rbico. De esta manera se consigue incrementar la densidad de los centros superficiales adecuados para la adsorci\u00f3n de N<sub>2<\/sub>, al mismo que se facilita la captura de los electrones fotogenerados que precisa la reducci\u00f3n de esta mol\u00e9cula. A pesar de estas mejoras, la m\u00e1xima producci\u00f3n de amoniaco con estos novedosos fotocatalizadores (4.10 mmol.g<sub>Cu2O.<\/sub>h<sup>&#8211;<\/sup><sup>1<\/sup>, equivalente a un rendimiento cu\u00e1ntico de 0.14 %) est\u00e1 todav\u00eda muy alejada de los umbrales necesarios para una producci\u00f3n a gran escala, pero el empleo de estos nuevos fotocatalizadores sin duda abren una nueva y prometedora l\u00ednea de investigaci\u00f3n.<\/p>\n<p><strong>Referencias<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">\u00a0J. A. Faria, Renaissance of Ammonia Synthesis for Sustainable Production of Energy and Fertilizers. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.cogsc.2021.100466.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">S. Zhang, Y. Zhao, R. Shi, C. Zhou, G. I. N. Waterhouse, Z. Wang, Y. Weng, T. Zhang, Sub-3 nm Ultrafine Cu<sub>2<\/sub>O for Visible Light Driven Nitrogen Fixation. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2554\u20132560. doi.org\/10.1002\/anie.202013594<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Contacto<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Juan M. Coronado, Instituto de Cat\u00e1lisis y Petroleoqu\u00edmica &#8211; CSIC<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Autor:\u00a0Juan M. Coronado La producci\u00f3n de amoniaco es posiblemente una de las mayores historias de \u00e9xito de la cat\u00e1lisis heterog\u00e9nea, ya que este proceso ha sufrido pocos cambios desde su desarrollo industrial por Carl Bosch a partir del proceso catal\u00edtico de Fritz Haber hace m\u00e1s de un siglo. Esta ruta para la conversi\u00f3n del nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico ha hecho posible la producci\u00f3n masiva de fertilizantes (y tambi\u00e9n de explosivos), transformando la agricultura e incrementando la producci\u00f3n de alimentos. 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