Novo sistema solar converte o nitrato das águas residuais em amoníaco de elevado valor
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Uma equipa de investigação, associada ao UNIST, revelou uma tecnologia inovadora que transforma os nitratos presentes nas águas residuais em amoníaco, um produto químico vital e um promissor vetor energético, sem emissões de carbono. Este avanço não só oferece um método sustentável para a produção de amoníaco, como também contribui para os esforços de purificação das águas residuais.
Dirigida conjuntamente pelos Professores Kwanyong Seo e Ji-Wook Jang, da Escola de Química Energética do UNIST, a equipa de investigação anunciou ter concebido com êxito um sistema fotoelectroquímico (PEC) alimentado por energia solar, capaz de converter poluentes nitrados em amoníaco em condições ambientais.
O amoníaco é um produto químico essencial utilizado a nível mundial na agricultura e na indústria, com um consumo anual superior a 150 milhões de toneladas. O seu elevado teor de hidrogénio também o coloca como um candidato promissor para soluções de armazenamento de energia e de transporte da próxima geração. No entanto, o método industrial predominante - o processo Haber-Bosch - baseia-se fortemente em condições de alta temperatura e alta pressão, resultando em emissões significativas de gases com efeito de estufa.
O seu inovador sistema PEC utiliza a luz solar para reduzir os nitratos sem necessidade de energia eléctrica externa, aproveitando as águas residuais como matéria-prima. Os nitratos, quando presentes em concentrações elevadas, representam riscos para a saúde, como a metemoglobinemia e o cancro gástrico. A nova tecnologia reduz seletivamente os nitratos a amoníaco, combatendo eficazmente tanto a poluição da água como a síntese sustentável de amoníaco.
O sistema inclui um fotocátodo à base de silício emparelhado com um catalisador de folha de níquel. A luz solar excita o silício, gerando electrões que são depois canalizados através do catalisador de níquel para reduzir os nitratos a amoníaco. Uma inovação fundamental reside na formação de uma fina camada de hidróxido de níquel (Ni(OH)₂) na superfície do catalisador durante o funcionamento, o que suprime reacções concorrentes como a evolução do hidrogénio e aumenta a seletividade para a produção de amoníaco.
Este mecanismo foi confirmado através de extensas experiências e cálculos de mecânica quântica. O Professor Suthsu Ryu do Departamento de Física da UNIST, utilizando simulações da teoria do funcional da densidade (DFT), demonstrou que o Ni (OH) ₂ oferece locais activos que favorecem a redução do nitrato para amoníaco, diminuindo as barreiras energéticas envolvidas.
De forma notável, o sistema atingiu uma taxa de produção de amoníaco recorde de 554 microgramas por centímetro quadrado por hora, sem qualquer polarização externa, superando as tecnologias anteriores em mais de 50%. O sistema manteve o seu desempenho numa escala maior de 25 cm², indicando um potencial promissor para aplicação no mundo real.
O Professor Seo sublinhou: "A conversão de poluentes nitrados em amoníaco não só purifica a água como também contribui para a neutralidade do carbono. O nosso objetivo é desenvolver dispositivos PEC práticos e em grande escala, capazes de produzir amoníaco ao ar livre, utilizando diretamente a luz solar e as águas residuais como recursos."
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Wonjoo Jin, Hyunju Go, Juyeon Jeong, “Nickel Hydroxide Catalyzed Bias-free Photoelectrochemical NH3 Production via Nitrate Reduction,” Adv., Mat., (2025).
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