Três estudos com participação de pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) e do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) desenvolveram métodos sustentáveis de produzir amônia, que é um insumo amplamente utilizado em diferentes processos químicos e como fertilizante no mundo inteiro. Sua produção por métodos tradicionais, no entanto, é muito poluente.
O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). O CINE é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) apoiado por FAPESP e Shell.
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Um dos trabalhos teve parceria com pesquisadores da University of Bath (Reino Unido) e foi publicado em artigo na Green Chemistry, revista da instituição britânica Royal Society of Chemistry. A pesquisa descreve o desenvolvimento de um catalisador de dissulfeto de molibdênio (MoS₂) modificado com um polímero microporoso chamado PIM-1 como estratégia para produzir amônia de forma mais limpa e eficiente.
A técnica permite gerar amônia diretamente do nitrogênio presente no ar, em condições ambientes e sem necessidade de altas pressões ou temperaturas. O processo eletroquímico utilizado permitiu obter quase o dobro da produção quando o dissulfeto de molibdênio foi modificado com o polímero, além de uma eficiência energética de 45%. A eficácia do material na presença de oxigênio representa uma inovação, já que amplia suas aplicações práticas.
Segundo Lucia Mascaro, pesquisadora do CINE e do CDMF e uma das autoras do artigo, a abordagem “representa um avanço importante rumo à produção descentralizada e sustentável de fertilizantes”. Ela destacou ainda que a tecnologia pode ser integrada a fontes de energia solar e que o estudo confirma a viabilidade de novas rotas tecnológicas para reduzir as emissões de carbono na indústria química.
O segundo estudo foi publicado no artigo Multi-layer kesterite-based photocathodes for NH3 photosynthesis from N2 reduction reaction, escolhido para a capa da revista ChemPhysChem. Ele trata de uma estratégia para a produção sustentável de amônia utilizando luz solar. A equipe desenvolveu um fotocátodo com multicamadas composto por kesterita, sulfeto de cádmio e dióxido de titânio decorado com nanopartículas de platina, aplicado na reação de redução do nitrogênio via fotoeletrocatálise. O material mostrou excelente desempenho, com produção 28 vezes superior àquela obtida sem a presença de platina. A técnica também se mostrou superior às abordagens fotocatalíticas e eletrocatalíticas usadas isoladamente.
É a primeira vez que um fotocátodo à base de kesterita é utilizado com sucesso para a produção de amônia. Para Mascaro, autora sênior do artigo, “os resultados representam um avanço importante no desenvolvimento de métodos limpos e descentralizados para a produção de amônia”.
A terceira pesquisa, por sua vez, descreve o desenvolvimento de um eletrocatalisador formado por um eletrodo amorfo de fosfeto de níquel depositado por eletrodeposição e modificado superficialmente com oxi-hidróxido de ferro, utilizado para recuperar nitrogênio de efluentes industriais e agrícolas por meio de uma redução eletrocatalítica de nitrato de amônia. O trabalho foi publicado em artigo no Journal of Materials Chemistry A.
“As três frentes de pesquisa convergem para demonstrar novas rotas limpas e eficientes na produção de amônia”, avalia Mascaro. “Juntas, essas abordagens – eletroquímica avançada, fotoeletrocatálise e recuperação de nitratos – reforçam a viabilidade de métodos descentralizados, alimentados por energia renovável, para substituir o processo Haber-Bosch e reduzir significativamente a pegada de carbono na produção de fertilizantes.”