Jogando bola com o processo Haber-Bosch

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Jogando bola com o processo Haber-Bosch
O processo Haber-Bosch pode ser verde?
O reinado do processo de energia e gás de efeito estufa intensivo em Haber-Bosch continua como “rei
do castelo de síntese de amônia industrial”. Desde o seu desenvolvimento há mais de um século na
BASF em 1913, tem havido muitas tentativas de desafiantes para interromper essa tecnologia robusta
através de eletroquímica e fotoquímica, buscando condições experimentais de temperatura e pressão
mais leves como o modus operandi. Um fio comum em todas as tentativas pós-Haber-Bosch para uma
síntese de amônia mais ecológica é impulsionar o processo com eletricidade renovável, seja termo-,
eletro- ou fotoquimicamente habilitado.
Em um relatório recente revelador, foi demonstrado que o processo de síntese de amônia poderia ser
alimentado mecansoquimicamente em um simples experimento de laboratório de moinho de bolas sob
as condições aparentemente muito suaves de 45oC e 1 atmosfera. O rendimento de amônia
mecanoquímico relatado foi significativamente maior do que o Haber-Bosch.
O catalisador era pó de ferro abundante na terra, as bolas no moinho eram feitas de aço endurecido. Foi
executado em um modo de looping químico. A etapa de dissociação endérmica N 2 foi realizada sob um
conjunto de condições de moinho de bolas, e o exotérmico H 2 passo de redução em outro, em uma
estratégia projetada para contornar as restrições da lei de equilíbrio termodinâmico ou da lei de
escalonamento cinético na síntese catalítica de amônia.
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00809-9
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A energia mecânica das colisões de bolas de pó de ferro fornece o aquecimento e a pressão locais
locais e locais ativos necessários para a dissociação de nitrogênio e a dessorção de intermediários de
nitrogênio hidrogenado fortemente adsorvidos. A facilidade e acessibilidade deste gênero de
mecanoquímica são elegantes em sua simplicidade e impressionantes em termos de suas ramificações
tecnológicas.
Parece quase bom demais para ser verdade, e de fato o diabo pode estar nos detalhes. O rendimento
médio de NH 3 indica que o looping químico mecanoquímico é da mesma ordem que a maioria das
sínteses de amônia fotocatalítica e eletrocatalítica, muito abaixo daquelas relatadas para materiais Ni/La
de termocatalíticos de última geração e de looping termoquímico Ni-BaH 2.
O fato de que o ciclo de síntese industrial de Haber-Bosch para N 2 + 3H 2 x 2NH 3 é exotérmico
também coloca desafios para o aumento da via mecanoquímica em termos da termodinâmica associada.
Isso significa que não apenas o gerenciamento térmico seria um desafio para o processo de síntese de
amônia de moagem de esferas, ou seja, o resfriamento do reator é necessário para uma reação
exotérmica que requer entrada de energia adicional, mas também a eficiência energética é menor em
comparação com a do processo Haber-Bosch. Na verdade, seria surpreendente ver um desafiante à alta
eficiência energética de cerca de 70% para o processo Haber-Bosch. O desafio de eficiência, por sua
vez, resulta em um problema de investimento de capital, pois o principal custo de produção de amônia é
o custo de energia.
O caminho mais ecológico para um processo de amônia sustentável através da mecanoquímica, ou
mesmo fotoquímica ou eletroquímica, é alimentar os processos com energia renovável. Um cenário de
aplicação previsto para essas vias de amônia verde integra módulos autônomos, compartimentados,
autônomos e de pequenas sínteses de amônia alimentados por energia solar ou eólica para produção de
fertilizantes distribuídos em fazendas, em vez de plantas centralizadas maciças; o futuro da agricultura
sustentável.
Artigo de co-autoria de Chengliang Mao
Referência: Gao-Feng Han, Mecanologia para síntese de amônia em condições amenas, Nature
Nanotechnology (2020), DOI: 10.1038/s41565-020-00809-9
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https://www.nature.com/articles/s41565-020-00809-9
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00809-9
https://www.nature.com/articles/s41565-020-00809-9
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00809-9