Un nuevo prototipo de dispositivo demuestra un método innovador para producir amoníaco, un ingrediente clave en los fertilizantes, que podría transformar una industria responsable de casi un tercio de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
El aire que nos rodea tiene una solución poderosa para hacer que la agricultura sea más sostenible. Investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales en Arabia Saudita han desarrollado un prototipo de dispositivo que puede producir amoníaco -un ingrediente clave de los fertilizantes- mediante el uso de energía eólica para aspirar aire a través de una malla. El método que desarrollaron, si se perfecciona, podría eliminar la necesidad de un proceso centenario que combina nitrógeno e hidrógeno a alta presión y temperatura para producir amoníaco. El antiguo sistema utiliza el 2% de la energía mundial y aporta el 1% de las emisiones anuales de dióxido de carbono derivadas de la dependencia del gas natural.
El estudio, publicado el 13 de diciembre Avances de la cienciaEl primero implica demostrar la tecnología en el sitio, no en el laboratorio. Los investigadores imaginan algún día integrar el dispositivo en los sistemas de riego, permitiendo a los agricultores crear fertilizantes directamente desde el aire.
“Este avance nos permite aprovechar el nitrógeno del aire y producir amoníaco de forma sostenible”, dijo Richard Zare, profesor Marguerite Blake Wilbur de Ciencias Naturales en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford. “Este es un paso importante hacia un enfoque descentralizado y ecológico de la agricultura”.
Una alternativa más limpia
Mientras se preparaban para diseñar su dispositivo, los investigadores estudiaron cómo diversos factores ambientales (como la humedad, la velocidad del viento, los niveles de sal y la acidez) afectan la producción de amoníaco. También observaron cómo el tamaño de las gotas de agua, la concentración de solutos y el contacto del agua con sustancias que no se disuelven en agua afectan el proceso. Finalmente, probaron mezclas óptimas de óxido de hierro y un polímero ácido con flúor y azufre para determinar las condiciones ideales para la producción de amoníaco y comprender cómo estos materiales catalíticos interactúan con las gotas de agua.
El proceso del equipo de Stanford produce amoníaco de forma limpia y económica y utiliza aire ambiente para obtener nitrógeno e hidrógeno del vapor de agua. Al soplar aire a través de una malla cubierta con catalizador para facilitar la reacción requerida, los investigadores produjeron suficiente amoníaco en una concentración lo suficientemente alta como para servir como fertilizante hidropónico en invernaderos. A diferencia de los métodos tradicionales, la nueva técnica funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica estándar, sin necesidad de conectar una fuente de voltaje externa a la malla. Los agricultores pueden operar el dispositivo portátil en el sitio, eliminando la necesidad de comprar y enviar fertilizantes al fabricante.
“Este enfoque reduce significativamente la huella de carbono de la producción de amoníaco”, dijo el autor principal del estudio, Xiaoyi Song, científico investigador de química en Stanford.
En pruebas de laboratorio, el equipo demostró un mayor potencial reciclando agua mediante un método de pulverización, logrando una concentración de amoníaco suficiente para fertilizar plantas cultivadas en un invernadero después de sólo dos horas. Al incorporar un filtro hecho de un material pétreo microporoso, este método puede producir suficiente amoníaco para una amplia gama de aplicaciones agrícolas.
Un futuro sin combustibles fósiles
Según el coautor del estudio, Chanbasha Bashir, de la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, faltan dos o tres años para que el dispositivo esté listo para el mercado. Mientras tanto, los investigadores planean utilizar sistemas de malla cada vez más grandes para producir más amoníaco. “Tiene mucho espacio para desarrollarse”, afirmó Bashir.
La importancia del amoníaco va más allá de los fertilizantes. Como portador de energía limpia, puede almacenar y transportar energía renovable de manera más eficiente que el gas hidrógeno debido a su alta densidad energética. La innovación posiciona al amoníaco como pieza clave en la descarbonización de industrias como el transporte marítimo y la generación de energía.
“El amoníaco verde representa una nueva frontera en sostenibilidad”, afirmó Jare. “Este enfoque, si puede ampliarse económicamente, podría reducir en gran medida nuestra dependencia de los combustibles fósiles en múltiples sectores”.
La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU. y la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales.