O uso da tecnologia laser revolucionou o método de fixação de nitrogênio, proporcionando uma nova maneira de sintetizar amônia em condições ambientais. Recentemente, os pesquisadores usaram pela primeira vez um laser comercial de CO2 para romper a ligação tripla nitrogênio-nitrogênio, fornecendo assim uma nova alternativa verde ao processo Haber-Bosch.
A equipe de pesquisa internacional supostamente usou um laser para converter óxido de lítio em lítio metálico, que então reagiu espontaneamente com o nitrogênio do ar para formar nitreto de lítio. Este sal é facilmente hidrolisado em amônia, permitindo que o método bata recordes de rendimento.
Huize Wang, primeiro autor do Instituto Helmholtz de Energia Renovável na Alemanha, disse: “Introduzimos um conceito pioneiro que utiliza lasers de alta energia para facilitar a conversão de vários óxidos em nitretos”.
Ele acrescentou: "Alcançamos rendimentos sem precedentes à temperatura ambiente e à pressão atmosférica. Este resultado é notável em comparação com outros métodos." O rendimento real é duas ordens de grandeza superior ao de outras soluções de última geração, incluindo métodos eletroquímicos e mecanoquímicos.
Esta é uma abordagem completamente nova para a produção de amônia verde, que é potencialmente mais sustentável do que o processo Haber-Bosch", disse Victor Mougel, especialista em conversão eletroquímica de pequenas moléculas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique, Suíça. "O O processo Haber-Bosch consome muita energia devido ao fato de operar em altas temperaturas e pressões, e também leva a emissões de CO2."
Além disso, disse ele, o novo método “oferece flexibilidade operacional e benefícios ambientais” porque funciona em condições ambientais. O processo também pode produzir amônia diretamente onde for necessária, o que reduz os custos de transporte.
A equipe usou um laser infravermelho para fornecer energia suficiente para dissociar a ligação lítio-oxigênio para produzir lítio metálico a partir do óxido de lítio. Quando exposto ao ar, o metal lítio combina-se espontaneamente com o nitrogênio, quebrando a ligação covalente tripla nitrogênio-nitrogênio para produzir nitreto de lítio.
Ele explica ainda: "Em seguida, obtemos amônia e hidróxido de lítio hidrolisando o nitreto de lítio gerado a laser. Além disso, este método oferece oportunidades para reciclagem química. O laser pode induzir a conversão de hidróxido de lítio de volta em nitreto de lítio, encerrando efetivamente o ciclo do lítio."
Ele acrescentou: “Isso simultaneamente se torna outro novo conceito – a conversão de hidróxido em nitreto”.
No entanto, Ifan Stephens, especialista em eletroquímica e fixação de nitrogênio do Imperial College London (Reino Unido), permanece cético. Ele diz: "Estou cético de que tais rendimentos elevados sejam sustentáveis no longo prazo. Além disso, o fato de ser um processo em lote, em vez de um processo contínuo, limitará enormemente a sua viabilidade. O fato de que as técnicas eletroquímicas permitem a operação contínua é uma vantagem significativa sobre os métodos mais recentes induzidos por laser."
Além disso, os requisitos energéticos dos lasers podem representar um problema para o aumento da síntese de amônia. Ele acrescentou: “Se você produz amônia apenas em pequena escala como fertilizante em áreas remotas, a eficiência energética se torna menos importante”.
Os pesquisadores sugerem que seu método oferece vantagens significativas sobre a eletroquímica, como dessolvatação e simplificação. Além disso, todos os métodos emergentes de síntese de amônia enfrentam seus maiores desafios à medida que a produção aumenta. Os pesquisadores prevêem ampliar o processo distribuindo pó de óxido de lítio em uma superfície de treliça e depois irradiando o conjunto de células reativas, uma por uma, com um laser. Além disso, os pesquisadores observaram que outros óxidos apresentaram comportamento semelhante, como magnésio, alumínio, zinco e cálcio, embora com rendimentos inferiores.
Ele explica: “Isso pode ocorrer porque outros óxidos são mais difíceis de dissociar e hidrolisar”. No entanto, a reatividade dos metais alcalinos e alcalino-terrosos em relação ao nitrogênio parece promissora. Ele afirma: “Nossa pesquisa recente mostra que metais mais abundantes, como magnésio e cálcio, também podem decompor o nitrogênio”.
