El uso de la tecnología láser ha revolucionado el método de fijación de nitrógeno, proporcionando una nueva forma de sintetizar amoníaco en condiciones ambientales. Recientemente, los investigadores utilizaron por primera vez un láser de CO2 comercial para romper el triple enlace nitrógeno-nitrógeno, proporcionando así una nueva alternativa ecológica al proceso Haber-Bosch.
Según se informa, el equipo de investigación internacional utilizó un láser para convertir el óxido de litio en litio metálico, que luego reaccionó espontáneamente con el nitrógeno del aire para formar nitruro de litio. Esta sal se hidroliza fácilmente a amoníaco, lo que permite que el método alcance rendimientos récord.
Huize Wang, primer autor del Instituto Helmholtz de Energías Renovables en Alemania, dijo: "Introdujimos un concepto pionero que utiliza láseres de alta energía para facilitar la conversión de varios óxidos en nitruros".
Y añadió: "Logramos rendimientos sin precedentes a temperatura ambiente y presión atmosférica. Este resultado es notable en comparación con otros métodos". El rendimiento real es dos órdenes de magnitud mayor que el de otras soluciones de última generación, incluidos los métodos electroquímicos y mecanoquímicos.
Se trata de un enfoque completamente nuevo para producir amoníaco verde, que es potencialmente más sostenible que el proceso Haber-Bosch", afirmó Victor Mougel, experto en conversión electroquímica de moléculas pequeñas en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, Suiza. "El El proceso Haber-Bosch consume mucha energía porque funciona a altas temperaturas y presiones y además genera emisiones de CO2".
Además, dijo, el nuevo método "ofrece flexibilidad operativa y beneficios ambientales" porque funciona en condiciones ambientales. El proceso también puede producir amoníaco directamente donde se necesita, lo que reduce los costos de transporte.
El equipo utilizó un láser infrarrojo para proporcionar suficiente energía para disociar el enlace litio-oxígeno y producir litio metálico a partir de óxido de litio. Cuando se expone al aire, el litio metálico se combina espontáneamente con el nitrógeno, rompiendo el triple enlace covalente nitrógeno-nitrógeno para producir nitruro de litio.
Explica además: "A continuación, obtenemos amoníaco e hidróxido de litio hidrolizando el nitruro de litio generado por láser. Además, este método brinda oportunidades para el reciclaje químico. El láser puede inducir la conversión del hidróxido de litio nuevamente en nitruro de litio, poniendo fin de manera efectiva a la ciclo del litio."
Y añade: "Al mismo tiempo se convierte en otro concepto nuevo: la conversión de hidróxido en nitruro".
Sin embargo, Ifan Stephens, experto en electroquímica y fijación de nitrógeno del Imperial College de Londres (Reino Unido), se muestra escéptico. Dice: "Soy escéptico de que rendimientos tan altos sean sostenibles a largo plazo. Además, el hecho de que sea un proceso por lotes, en lugar de un proceso continuo, limitará en gran medida su viabilidad. El hecho de que las técnicas electroquímicas permitan El funcionamiento continuo es una ventaja significativa sobre los métodos más nuevos inducidos por láser".
Además, los requisitos energéticos de los láseres podrían plantear un problema para ampliar la síntesis de amoníaco. Y añadió: "Si sólo se produce amoníaco a pequeña escala como fertilizante en zonas remotas, entonces la eficiencia energética pierde importancia".
Los investigadores sugieren que su método ofrece importantes ventajas sobre la electroquímica, como la desolvatación y la simplificación. Además, todos los métodos emergentes de síntesis de amoníaco enfrentan sus mayores desafíos a medida que aumenta la producción. Los investigadores prevén ampliar el proceso distribuyendo polvo de óxido de litio sobre una superficie reticular y luego irradiando el conjunto de células reactivas una por una con un láser. Además, los investigadores observaron que otros óxidos presentaban un comportamiento similar, como el magnesio, el aluminio, el zinc y el calcio, aunque con rendimientos inferiores.
Explica: "Esto puede deberse a que otros óxidos son más difíciles de disociar e hidrolizar". Sin embargo, la reactividad de los metales alcalinos y alcalinotérreos frente al nitrógeno parece prometedora. Afirma: "Nuestra investigación reciente muestra que los metales más abundantes, como el magnesio y el calcio, también pueden descomponer el nitrógeno".
