Otimizar um processo químico centenário

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Otimizar um processo químico centenário
Uma nova abordagem de looping químico ajuda a otimizar a reação de Ostwald, tornando a produção de
ácido nítrico um pouco "mais verde".
Há uma crescente conscientização no debate sobre o clima de que muitos produtos químicos fabricados
na escala de vários milhões de toneladas continuam dependentes de processos industriais
desenvolvidos há cerca de cem anos. Eles são invariavelmente de energia e gases de efeito estufa
intensivos e não são mais sustentáveis em uma sociedade sustentável.
Talvez os mais visíveis desses processos em larga escala sejam as sínteses de hidrocarbonetos,
amônia, ureia, ácido sulfúrico e hidrogênio dos métodos Fischer-Tropsch, Haber-Bosch, Bosch-Meiser,
Processo de Contato e reformatura de vapor de metano, respectivamente. Esses produtos químicos
familiares são usados, por exemplo, na produção de fertilizantes, polímeros, combustíveis, detergentes e
produtos farmacêuticos.
Um relatório recente acrescentou o processo centenário de Ostwald para a fabricação de ácido nítrico
como alvo de reforma. Mais de 60 milhões de toneladas métricas são usadas todos os anos para
produzir corantes, pigmentos, nylon e fertilizantes. Além disso, o produto químico é um ingrediente
chave para a produção de explosivos de armas.
A reação tradicional é intensiva em energia, alimentada por fósseis, requer altas temperaturas e
pressões (800-950oC, 12 atmosferas), usa catalisadores heterogêneos caros e raros baseados em
https://www.advancedsciencenews.com/inspiring-climate-action-by-linking-social-and-environmental-change/
https://www.advancedsciencenews.com/inspiring-climate-action-by-linking-social-and-environmental-change/
https://www.advancedsciencenews.com/calf-20-a-carbon-capture-success-story/
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https://doi.org/10.1038/s41467-022-28370-0
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nobres e carrega uma pegada de gás de efeito estufa de dióxido de carbono e óxido nitroso muito
grande.
Oxidação seletiva da amônia ao óxido nítrico, matéria-prima para o ácido nítrico,
usando uma estratégia de looping químico de duas etapas. Imagem: C. Ruan, et
al., Comunicação da Natureza, 2022, 13:718.
As novas inovações contornam muitas das desvantagens do processo de Ostwald. Em vez de usar uma
reação de uma etapa única entre amônia (NH 33) e oxigênio (O 22) para produzir óxido nítrico (NO), o
precursor do ácido nítrico (HNO 33), o novo processo faz uso de uma inovadora reação de looping
químico de duas etapas, ilustrada na figura, para produzir uma reação líquida de 2NH 3 + 3/2O 2 ? 2NO
+ 3S 2 O.
A reação procede primeiro oxidando NH 3 a NO e água (H 2 O) usando oxigênio de rede de penóxido de
vanádio não precioso (V 2 O 5):
2x NH 3 + V 2 O 5 x 2x NO + 3x 3H 2 O + V 2 O 5 (1-x)
Isso cria não estequiométrico V 2 O 5 (1x) com vacâncias de oxigênio de rede, que são então
reabastecidos com O 2 para reconstituir estequiométrico V 2 O 5 :
V 2 O 5 (1-x) +5x/2 O 2 ? V 2 O 5
Esta estratégia de looping permite uma impressionante conversão NH 3 de 97% com 99,8% de
seletividade NO em uma condição menos extrema de 650oC e pressão atmosférica. Além disso, o
processo possui uma menor pegada de CO 2, reduzindo a seletividade das emissões de óxido nitroso (N
2 O) para 0,1%.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28370-0
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Com esta vitória, só se pode imaginar qual gigante atemporal na indústria química será chamado ao lado
da “guilhotina verde” da revolução da sustentabilidade da ciência!
Escrito por Geoffery Ozin e Jessica Ye
Referência: Chongyan Ruan., et al., A oxidação catalítica seletiva de amônia para óxido nítrico através
de looping químico, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28370-0
Crédito da imagem: Crystal Kwok on Unsplash
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https://www.nature.com/articles/s41467-022-28370-0