L'ús de la tecnologia làser ha revolucionat el mètode de fixació del nitrogen, proporcionant una nova manera de sintetitzar amoníac en condicions ambientals. Recentment, els investigadors van utilitzar per primera vegada un làser de CO2 comercial per interrompre el triple enllaç nitrogen-nitrogen, proporcionant així una nova alternativa verda al procés Haber-Bosch.
L'equip d'investigació internacional va utilitzar un làser per convertir l'òxid de liti en metall de liti, que després va reaccionar espontàniament amb nitrogen de l'aire per formar nitrur de liti. Aquesta sal s'hidrolitza fàcilment a amoníac, la qual cosa permet que el mètode trenqui rendiments rècord.
Huize Wang, primer autor de l'Institut Helmholtz d'Energies Renovables d'Alemanya, va dir: "Hem introduït un concepte pioner que utilitza làsers d'alta energia per facilitar la conversió de diversos òxids en nitrurs".
Va afegir: "Hem aconseguit rendiments sense precedents a temperatura ambient i pressió atmosfèrica. Aquest resultat és notable en comparació amb altres mètodes". El rendiment real és dos ordres de magnitud superior al d'altres solucions d'última generació, inclosos els mètodes electroquímics i mecanoquímics.
Aquest és un enfocament completament nou per produir amoníac verd, que és potencialment més sostenible que el procés Haber-Bosch", va dir Victor Mougel, expert en conversió electroquímica de petites molècules a l'Institut Federal Suís de Tecnologia de Zuric, Suïssa. El procés Haber-Bosch és molt energètic pel fet que funciona a altes temperatures i pressions, i també genera emissions de CO2".
A més, va dir, el nou mètode "ofereix flexibilitat operativa i beneficis ambientals" perquè funciona en condicions ambientals. El procés també pot produir amoníac directament on es necessita, la qual cosa redueix els costos de transport.
L'equip va utilitzar un làser infrarojo per proporcionar prou energia per dissociar l'enllaç liti-oxigen per produir liti metàl·lic a partir d'òxid de liti. Quan s'exposa a l'aire, el metall de liti es combina espontàniament amb nitrogen, trencant l'enllaç covalent triple nitrogen-nitrogen per produir nitrur de liti.
A més, explica: "A continuació, obtenim amoníac i hidròxid de liti hidrolitzant el nitrur de liti generat per làser. A més, aquest mètode ofereix oportunitats per al reciclatge químic. El làser pot induir la conversió de l'hidròxid de liti de nou a nitrur de liti, acabant efectivament amb el cicle del liti".
Va afegir: "Això es converteix alhora en un altre concepte nou: la conversió d'hidròxid en nitrur".
Tanmateix, Ifan Stephens, expert en electroquímica i fixació de nitrogen a l'Imperial College de Londres (Regne Unit), es manté escèptic. Diu: "Sóc escèptic que uns rendiments tan elevats siguin sostenibles a llarg termini. A més, el fet que es tracti d'un procés per lots, més que no pas d'un procés continu, limitarà molt la seva viabilitat. El fet que les tècniques electroquímiques permetin El funcionament continu és un avantatge significatiu respecte als nous mètodes induïts per làser".
A més, els requisits energètics dels làsers podrien suposar un problema per augmentar la síntesi d'amoníac. Va afegir: "Si només esteu produint amoníac a petita escala com a fertilitzant en zones remotes, l'eficiència energètica és menys important".
Els investigadors suggereixen que el seu mètode ofereix avantatges significatius sobre l'electroquímica, com ara la desolvació i la simplificació. A més, tots els mètodes de síntesi d'amoníac emergents s'enfronten als seus majors reptes a mesura que la producció augmenta. Els investigadors preveuen augmentar el procés distribuint pols d'òxid de liti sobre una superfície de gelosia i després irradiant la matriu de cèl·lules reactives una per una amb un làser. A més, els investigadors van observar que altres òxids presentaven un comportament similar, com el magnesi, l'alumini, el zinc i el calci, encara que amb rendiments més baixos.
Explica: "Això pot ser perquè altres òxids són més difícils de dissociar i hidrolitzar". No obstant això, la reactivitat dels metalls alcalins i alcalinotèrres cap al nitrogen sembla prometedora. Afirma: "La nostra investigació recent mostra que metalls més abundants com el magnesi i el calci també poden descompondre el nitrogen".
