El nuevo reactor produce uno de los productos químicos más buscados del mundo.

El amoníaco es uno de los productos químicos más valiosos, pero su producción requiere mucha energía. El nuevo reactor promete hacer el proceso más eficiente y también puede convertir las aguas residuales en agua potable. El estudio fue publicado este mes en la revista científica. Naturaleza estimulante.

El reactor produce gas amoniaco, un ingrediente clave en fertilizantes y otros procesos de fabricación, a partir de agua contaminada. Para hacernos una idea de la importancia, anualmente se producen más de 180 millones de toneladas, la mayoría mediante un proceso menos sostenible llamado Haber-Bosch.

Es una reacción a alta temperatura y alta presión entre hidrógeno y nitrógeno. El problema es que esta reacción química por sí sola utiliza aproximadamente el 2% de la energía mundial, según el artículo.

¿Cómo funciona el nuevo reactor más eficiente?

Para evitar este impacto climático, los científicos están trabajando en formas de convertir los nitratos en amoníaco utilizando electricidad.

• En estos dispositivos existe un terminal positivo y un terminal negativo, con diferencia de carga entre ellos;
• En ambos se producen reacciones químicas. El agua se divide en oxígeno gaseoso e iones de hidrógeno en el extremo negativo del reactor;
• Una segunda reacción convierte el nitrato en amoníaco e iones hidroxilo (OH-) en el terminal positivo;

Desafortunadamente, los iones de hidrógeno producidos en un lado tienden a difundirse hacia el otro lado, donde reaccionan químicamente para formar hidrógeno. Dado que incluso el agua altamente contaminada todavía contiene pequeñas concentraciones de nitrato, esta reacción de hidrógeno termina tomando el control e impide que la reacción principal de nitrato a amoníaco se produzca de manera eficiente.

En un nuevo estudio, los investigadores pudieron superar parcialmente este problema agregando una cámara intermedia, creando un reactor de tres cámaras, dijo a los periodistas el primer autor Feng Yang Chen de la Universidad Rice en Texas. Ciencia viva.

• En la primera cámara, los nitratos se convierten en gas amoniaco e iones hidroxilo. Estos se combinan con los iones de sodio ya presentes en el agua para formar hidróxido de sodio.
• Cuando el agua limpia sale de la primera cámara y se bombea a la cámara intermedia con hidróxido de sodio, se libera el gas amoníaco recién formado.
• Mientras tanto, en la tercera cámara, los iones de hidrógeno generados por la división del agua se difunden a través de la celda hacia la cámara intermedia.
• Aquí, los iones de hidrógeno e hidroxilo del hidróxido de sodio se combinan para formar agua.
• Los iones de sodio restantes de la cámara intermedia regresan a la primera cámara para repetir el ciclo.

De esta manera, los iones de hidrógeno no llegan al otro lado del reactor para interferir con la reacción del nitrato. En una prueba de 10 días, más del 90% de la corriente eléctrica en la celda del equipo de investigación impulsó la producción de amoníaco, en comparación con aproximadamente el 20% en sistemas anteriores.

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Vale la pena señalar que el diseño aún es experimental y los investigadores aún necesitan resolver muchos problemas antes de que la tecnología pueda lanzarse comercialmente. Un gran desafío es garantizar que la reacción pueda ocurrir en presencia de impurezas como iones de magnesio y calcio, que también se encuentran generalmente en el agua, dijo Chen.

El estudio fue publicado en la revista Naturaleza estimulante.