Un catalizator nou transformă nitrații din apă în amoniac cu o eficiență de până la 99%, în laborator

Amoniacul este baza îngrășămintelor, iar producția lui industrială prin procesul Haber-Bosch consumă multă energie. O alternativă este reducerea electrochimică a nitraților din ape uzate direct în amoniac, folosind electricitate. Un studiu publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), semnat de Rongbin Zhang și colegii, raportează un catalizator care face reacția mult mai eficientă în laborator.

Cum funcționează

Catalizatorul este un material poros numit rețea organică covalentă (COF), construit în jurul unui centru de cupru-ftalocianină. Echipa a făcut trei versiuni, cu 0, 2 sau 4 grupări hidroxil. Cea mai bună a fost cea cu patru, numită Cu-COF-4OH.

Grupările hidroxil ajută la captarea nitratului și aranjează apa din jur în lanțuri continue legate prin hidrogen. Lanțurile acestea funcționează ca „autostrăzi de protoni”, importante pentru că reacția are nevoie de nouă protoni pentru fiecare ion de nitrat. Efectul secundar bun este că se reduc reacția concurentă de formare a hidrogenului și subprodusele de tip nitrit.

Cifrele din studiu

Potrivit lucrării, eficiența faradaică de vârf a fost de 98,95%, iar în condiții standard de testare de 93,20%. Într-o celulă de flux cu electrod-membrană, producția a fost de 65,84 mg pe oră, tot la 93,20% eficiență. Într-o baterie zinc-nitrat, producția a fost de 263,2 µg/cm² pe oră la 6 mA/cm², cu o densitate maximă de putere de 1,4 mW/cm². Cercetătorii au obținut și clorură de amoniu solidă, potrivită pentru îngrășăminte, captând amoniacul în acid și evaporând lichidul.

Limitele

Este cercetare de laborator, nu la scară pilot sau comercială. Testele au folosit soluții de nitrat pregătite, nu ape uzate reale, care sunt mult mai complicate. Deci performanța în ape reale rămâne neconfirmată.

Sursă: PNAS, via Phys.org