O uso de amônia é considerado um método promissor de transporte de hidrogênio. No entanto, também é necessário um processo eficiente para convertê-lo novamente em hidrogênio e nitrogênio.
Uma equipe de pesquisa internacional obteve novos insights sobre o modo de operação de um catalisador de ferro que pode ser usado para dividir a amônia em nitrogênio e hidrogênio. O hidrogênio é convertido em amônia para facilitar o transporte do transportador de energia. Isto significa que também são necessários catalisadores que possam posteriormente decompor novamente a amônia em seus materiais de partida. Uma equipe da Universidade Alemã do Ruhr Bochum, do Instituto Max Planck para Conversão de Energia Química (MPI CEC) em Mülheim an der Ruhr, da Technische Universität Berlin e do Instituto Italiano de Tecnologia em Gênova descreve como o catalisador de ferro permite essa reação em detalhes no revista ACS Catalysis de 6 de setembro de 2024.
Como tornar o hidrogênio transportável
O hidrogénio verde é considerado um transportador de energia promissor. Pode ser produzido dividindo a água usando energia eólica ou solar. Contudo, em muitos casos, os locais onde o hidrogénio é necessário não proporcionam as condições adequadas para a eletrólise da água. O hidrogênio deve ser liquefeito para transporte, o que só é possível em temperaturas extremamente baixas. A conversão de hidrogénio em amónia, que pode ser liquefeita a temperaturas muito mais elevadas, é, portanto, considerada uma alternativa atractiva. “Além disso, a indústria química já possui uma infraestrutura estabelecida para o manuseio de amônia”, diz o professor Martin Muhler, chefe do Laboratório de Química Industrial em Bochum e membro Max Planck do MPI CEC.
Catalisadores eficientes são necessários para quebrar a amônia (NH3) de volta aos seus compostos iniciais nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2). O problema é que os catalisadores de ferro convencionais geralmente facilitam uma reação indesejável para formar nitreto de ferro em vez de nitrogênio. No presente estudo, os pesquisadores mostraram exatamente como ocorre essa reação colateral. Eles testaram a decomposição da amônia usando um catalisador de última geração fornecido pela Clariant.
A equipe composta pelo Dr. Maximilian Purcel, Astrid Müller e o professor Martin Muhler da Ruhr University Bochum e MPI CEC realizou os experimentos relevantes. As descobertas foram refinadas usando simulações complexas de dinâmica molecular, apoiadas por aprendizado de máquina, conduzidas pelo instituto parceiro italiano. A equipe da Technische Universität Berlin identificou com sucesso os nitretos de ferro formados sob condições de reação usando difração de raios X e rastreou suas transformações.
Catalisadores futuros mais eficientes
“Nossas descobertas podem ser usadas para desenvolver catalisadores mais eficientes para a divisão da amônia no futuro”, conclui Martin Muhler. “A síntese e decomposição da amônia têm um longo histórico”, acrescenta. “Citamos publicações científicas dos últimos 100 anos.” Estes incluem o trabalho do orientador de doutorado de Martin Muhler, Gerhard Ertl, que recebeu o Prêmio Nobel por sua pesquisa em 2007.
Maximilian Purcel, Stefan Berendts, Luigi Bonati, Simone Perego, Astrid Muller, Martin Lerch, Michele Parrinello, Martin Muhler: Formação e decomposição de nitreto de ferro durante a decomposição de amônia sobre um catalisador de ferro a granel baseado em wustita, em: Catálise ACS, 2024, DOI: 10.1021/acscatal.4c04415
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