A amônia é um material amplamente utilizado em diferentes processos químicos e como fertilizante no mundo inteiro, e sua produção por métodos tradicionais é muito poluente. Por isso, cientistas têm buscado novos métodos para produzi-la com menos impacto ambiental. Três artigos publicados recentemente com participação de pesquisadores do CDMF e do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) procuram contribuir para esse desafio.
Escrito em parceria com pesquisadores da Universidade de Bath no Reino Unido, “Enhancing the electroreduction of N2 and/or O2 on MoS2 using a nanoparticulate intrinsically microporous polymer (PIM-1)” foi publicado em abril na Green Chemistry, revista da instituição britânica Royal Society of Chemistry, e descreve o desenvolvimento de um catalisador de dissulfeto de molibdênio (MoS₂) modificado com um polímero microporoso chamado PIM-1 como estratégia para produzir amônia de forma mais limpa e eficiente. A técnica permite gerar amônia diretamente do nitrogênio presente no ar, em condições ambientes e sem necessidade de altas pressões ou temperaturas. O processo eletroquímico utilizado permitiu quase o dobro da produção quando o dissulfeto de molibdênio foi modificado com o polímero, além de uma eficiência energética de 45%. A eficácia do material na presença de oxigênio representa uma inovação, já que amplia suas aplicações práticas.
Segundo Lucia Helena Mascaro, pesquisadora do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) e do CDMF e uma das autoras do artigo, essa abordagem “representa um avanço importante rumo à produção descentralizada e sustentável de fertilizantes”. Ela destacou ainda que a tecnologia pode ser integrada a fontes de energia solar e que o estudo confirma a viabilidade de novas rotas tecnológicas para reduzir as emissões de carbono na indústria química. O trabalho foi desenvolvido no âmbito do Sistema Nacional de Laboratórios de Hidrogênio (SisH2) financiado pelo CNPq, com participação do CINE e do CDMF. Além de Mascaro, o trabalho é assinado por Caio V. S. Almeida e Lara K. Ribeiro, Mariolino Carta, Neil B. McKeown e Frank Marken.
O artigo “Multi-Layer Kesterite-Based Photocathodes for NH3 Photosynthesis from N2 Reduction Reaction”, escolhido para a capa da revista ChemPhysChem, foi publicado em fevereiro e trata de uma estratégia para a produção sustentável de amônia utilizando luz solar. A equipe desenvolveu um fotocátodo com multicamadas composto por kesterita (CZTSSe), sulfeto de cádmio (CdS) e dióxido de titânio (TiO₂) decorado com nanopartículas de platina (Pt), aplicado na reação de redução do nitrogênio (N₂RR) via fotoeletrocatálise. O material mostrou excelente desempenho, com produção 28 vezes superior àquela obtida sem a presença de platina. A técnica também se mostrou superior às abordagens fotocatalíticas e eletrocatalíticas usadas isoladamente. É a primeira vez que um fotocátodo à base de kesterita é utilizado com sucesso para a produção de amônia. Para Lucia Mascaro, autora sênior do artigo, “os resultados representam um avanço importante no desenvolvimento de métodos limpos e descentralizados para a produção de amônia. A proposta se destaca ainda pelo uso de materiais abundantes e potencial integração com energia solar. Também assinam o artigo Juliana Ferreira de Brito, Marina Medina, Hugo Leandro Sousa Santos, Mileny dos Santos Araujo, e Marcos Antônio Santana Andrade Jr.
Publicado em janeiro no periódico Journal of Materials Chemistry A, também da Royal Society of Chemistry, o artigo “Improving nitrate-to-ammonia conversion efficiency on electrodeposited nickel phosphide via surface d-FeOOH modification” descreve o desenvolvimento de um eletrocatalisador formado por um eletrodo amorfo de fosfeto de niquel (Ni₃P) depositado por eletrodeposição e modificado superficialmente com oxi-hidroxido de ferro (δ-FeOOH), utilizado para recuperar nitrogênio de efluentes industriais e agrícolas por meio de uma redução eletrocatalítica de nitrato (NO₃⁻) a amônia (NH₃). O estudo obteve boa produtividade e boa estabilidade e evitou reações paralelas indesejadas. A autoria do artigo é de Anelisse B. Silva, Eduardo A. Reis, Jiajun Hu, Josep Albero, Caue Ribeiro, Lucia H. Mascaro e Hermenegildo García.
“As três frentes de pesquisa convergem para demonstrar novas rotas limpas e eficientes na produção de amônia”, avaliou Lucia Mascaro. “Juntas, essas abordagens — eletroquímica avançada, fotoeletrocatálise e recuperação de nitratos — reforçam a viabilidade de métodos descentralizados, alimentados por energia renovável, para substituir o processo Haber–Bosch e reduzir significativamente a pegada de carbono na produção de fertilizantes.
CDMF
Com sede na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e dirigido pelo Prof. Dr. Elson Longo, o CDMF é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e recebe também investimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN).
