Produção sustentável e eficiente de amoníaco e ácido fórmico
Catalisador de três componentes desenvolvido para eletrólise pulsada
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Uma equipa de investigação liderada pelo Dr. Dandan Gao, do Departamento de Química da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), desenvolveu um novo método para a produção sustentável de amoníaco e ácido fórmico. O amoníaco é indispensável na agricultura moderna e, tal como o ácido fórmico, é uma importante matéria-prima para a indústria. Tradicionalmente, é produzido através do processo Haber-Bosch, que consome muita energia e provocaemissões consideráveisde CO2. Também é possível produzir amoníaco por eletrólise, ou seja, com a ajuda da eletricidade, mas este é ainda um campo de investigação jovem. A eletrólise oferece uma alternativa sustentável para a produção, uma vez que pode ser alimentada por eletricidade verde. "Conseguimos atingir três pontos-chave", diz Gao: "Em primeiro lugar, desenvolvemos um catalisador feito de cobre, níquel e tungsténio que aumenta significativamente o rendimento do amoníaco durante a eletrólise. Em segundo lugar, conseguimos aumentar o rendimento mais uma vez utilizando a eletrólise pulsada em vez da estática. E, em terceiro lugar, produzimos ácido fórmico como um produto adicional no processo eletroquímico acoplado". A equipa liderada por Gao e os seus colegas Christean Nickel e David Leander Troglauer publicaram esta semana o novo método na prestigiada revista científica Angewandte Chemie.
Nova conceção do catalisador
Os investigadores desenvolveram o novo electrocatalisador em tandem de três componentes para tornar a redução eletroquímica padrão do nitrato em amoníaco tão eficiente quanto possível. "Escolhemos o cobre, o níquel e o tungsténio pelas seguintes razões", diz Gao: "Para produzir amoníaco a partir do nitrato, o oxigénio tem primeiro de ser removido do nitrato - catalisado pelo cobre. O hidrogénio tem então de ser produzido, e é aí que o níquel entra em ação como catalisador. Agora, o hidrogénio não deve escapar para o ar ou reagir de qualquer outra forma, mas deve ser seletivamente ligado ao azoto: Esta é a tarefa do tungsténio. Em comparação com os catalisadores em tandem feitos de cobre e níquel, que já eram considerados promissores, o nosso catalisador atinge um rendimento de amoníaco que é mais de 50% superior", diz Gao.
Eletrólise pulsada em vez de estática
A utilização de eletrólise pulsada em vez de eletrólise estática aumenta o rendimento em mais 17%. A configuração é idêntica em ambos os casos. A única diferença é a tensão eléctrica aplicada aos eléctrodos. Na eletrólise estática, esta é constante, enquanto que na eletrólise pulsada alterna constantemente entre dois valores de tensão.
Produção adicional de ácido fórmico
Em cada eletrólise, não só ocorre uma reação de redução no cátodo, como também uma reação de oxidação no ânodo. "Normalmente, trata-se de uma oxidação da água que produz oxigénio", diz Gao. No entanto, o oxigénio não é valioso nem procurado pela indústria. Assim, no novo método, os investigadores substituem a oxidação da água e oxidam o glicerol, um produto residual da produção de biodiesel. Este processo produz ácido fórmico, que é utilizado na indústria de diversas formas, por exemplo, como matéria-prima para produtos químicos e farmacêuticos. "Desta forma, podemos obter dois produtos valiosos de uma só vez: Amoníaco do cátodo e ácido fórmico do ânodo", diz Gao. "O acoplamento estratégico das duas reacções realça o potencial do método para produzir, de forma sustentável, produtos químicos de valor acrescentado através de uma eletrólise acoplada energeticamente eficiente."
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Publicação original
Christean Nickel, David Leander Troglauer, Chia‐Yu Chang, Tiansheng Bai, Tobias Rios‐Studer, Ingo Lieberwirth, Kevin Sowa, Boris Mashtakov, Bahareh Feizi Mohazzab, Lijie Ci, Deping Li, Xiaohang Lin, Bing Joe Hwang, Rongji Liu, Dandan Gao; "Sustainable Ammonia Electrosynthesis Coupled With Glycerol Valorization via an Adaptive Tri‐Component Catalyst"; Angewandte Chemie International Edition, 2026-2
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