Um novo protótipo demonstra uma abordagem inovadora para a produção de amoníaco – um componente chave dos fertilizantes – que poderá transformar uma indústria responsável por cerca de um terço das emissões globais de gases com efeito de estufa.
O ar que nos rodeia contém uma solução poderosa para tornar a agricultura mais sustentável. Pesquisadores da Universidade de Stanford e da Universidade King Fahd de Petróleo e Minerais, na Arábia Saudita, desenvolveram um protótipo de dispositivo que pode produzir amônia – um ingrediente essencial para fertilizantes – usando a energia eólica para puxar o ar através de uma malha. A abordagem que desenvolveram, se for aperfeiçoada, poderá eliminar a necessidade de um método centenário que produza amónia através da combinação de azoto e hidrogénio a altas pressões e temperaturas. O método mais antigo consome 2% da energia international e contribui com 1% das emissões anuais de dióxido de carbono devido à sua dependência do gás pure.
O estudo, publicado em 13 de dezembro em Avanços da Ciênciaenvolveu a primeira demonstração da tecnologia no native – e não em laboratório. Os investigadores prevêem algum dia integrar o dispositivo em sistemas de irrigação, permitindo aos agricultores gerar fertilizantes diretamente do ar.
“Essa descoberta nos permite aproveitar o nitrogênio do ar e produzir amônia de forma sustentável”, disse o autor sênior do estudo, Richard Zare, professor Marguerite Blake Wilbur em Ciências Naturais na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford. “É um passo significativo em direção a uma abordagem descentralizada e ecológica da agricultura.”
Uma alternativa mais limpa
Na preparação para projetar seu dispositivo, os pesquisadores estudaram como diferentes fatores ambientais – como umidade, velocidade do vento, níveis de sal e acidez – afetam a produção de amônia. Eles também observaram como o tamanho das gotas de água, a concentração da solução e o contato da água com materiais que não se dissolvem na água impactam o processo. Por fim, eles testaram a melhor mistura de óxido de ferro e um polímero ácido com flúor e enxofre para determinar as condições ideais para a produção de amônia e entender como esses materiais catalisadores interagem com as gotículas de água.
O processo da equipe de Stanford produz amônia de forma limpa e barata e utiliza o ar circundante para obter nitrogênio e hidrogênio do vapor de água. Ao passar o ar através de uma malha revestida com catalisadores para facilitar a reação necessária, os pesquisadores produziram amônia suficiente com concentração suficientemente alta para servir como fertilizante hidropônico em estufas. Ao contrário dos métodos tradicionais, a nova técnica opera à temperatura ambiente e à pressão atmosférica padrão, não necessitando de nenhuma fonte de tensão externa conectada à malha. Os agricultores poderiam operar o dispositivo portátil no native, eliminando a necessidade de comprar e enviar fertilizantes de um fabricante.
“Esta abordagem reduz significativamente a pegada de carbono da produção de amônia”, disse o principal autor do estudo, Xiaowei Music, cientista pesquisador de química em Stanford.
Em experiências de laboratório, a equipa demonstrou ainda mais potencial ao reciclar água através de um sistema de pulverização, alcançando concentrações de amoníaco suficientes para fertilizar plantas cultivadas em estufa após apenas duas horas. Ao incorporar um filtro feito de materials de pedra microporoso, esta abordagem poderia produzir amônia suficiente para apoiar aplicações agrícolas mais amplas.
Um futuro sem combustíveis fósseis
O dispositivo está a dois ou três anos de estar pronto para o mercado, de acordo com o coautor do estudo, Chanbasha Basheer, da Universidade King Fahd de Petróleo e Minerais. Entretanto, os investigadores planeiam usar sistemas de malha cada vez maiores para produzir mais amónia. “Há muito espaço para desenvolver isso”, disse Basheer.
A importância da amônia vai além dos fertilizantes. Como transportador de energia limpa, pode armazenar e transportar energia renovável de forma mais eficiente do que o gás hidrogénio devido à sua maior densidade energética. A inovação posiciona a amônia como um elemento basic na descarbonização de indústrias como transporte marítimo e geração de energia.
“A amônia verde representa uma nova fronteira em sustentabilidade”, disse Zare. “Este método, se puder ser ampliado economicamente, poderá reduzir drasticamente a nossa dependência de combustíveis fósseis em vários setores.”
O estudo foi financiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA e pela Universidade King Fahd de Petróleo e Minerais.
