Ureea este un element critic găsit în orice, de la îngrășăminte la produse de îngrijire a pielii. Producția pe scară largă de uree este un proces complex, care reprezintă astăzi aproximativ 2% din consumul global de energie și emisiile.
De zeci de ani, oamenii de știință și inginerii au căutat metode prin care să facă acest proces mai eficient din punct de vedere energetic, deoarece cererea de îngrășăminte crește odată cu creșterea populației. O echipă internațională de cercetători care include oameni de știință și ingineri de la Universitatea Texas din Austin a conceput o nouă metodă de fabricare a ureei, care este mai ecologică decât procesul de astăzi și produce suficient pentru a fi competitivă cu metodele industriale cu consum intensiv de energie.
A face uree astăzi implică un proces termic în doi pași care necesită niveluri ridicate de căldură și presiune în medii dure controlate. Dar acest nou proces necesită doar un pas și se bazează pe un concept numit electrocataliză care utilizează electricitatea – și potențial lumina soarelui – pentru a declanșa reacții chimice într-o soluție la temperatura camerei în condiții ambientale.
În prezent, ureea sintetică este produsă în principal prin metoda Haber-Bosch – care este cunoscută drept una dintre cele mai mari invenții din secolul al XX-lea, deoarece a permis producția în masă de îngrășăminte și a contribuit la creșterea ofertei mondiale de alimente. Acesta combină azotul și hidrogenul pentru a produce amoniac, care apoi se leagă cu dioxidul de carbon pentru a produce uree.
Acest proces în doi pași necesită încălzirea la 200 până la 260 de grade Celsius pentru a efectua reacția, folosind cantități uriașe de energie și producând emisii semnificative pe parcurs.
Producerea de uree prin electrocataliză este un proces alternativ mai durabil și mai eficient din punct de vedere energetic. Cu toate acestea, această metodă nu a produs în mod istoric suficient pentru a o face viabilă. A creat prea multe produse secundare și a necesitat multă energie pentru a rupe legăturile blocurilor moleculare pentru a declanșa reacția.
Găsirea elementelor sau catalizatorilor potriviți pentru a crea o reacție chimică eficientă a fost provocarea principală. Echipa UT a folosit azotatul, în locul azotului tipic, pentru a se lega cu dioxidul de carbon. Iar soluția de catalizator este compusă din nanomateriale de hidroxid de indiu.
Echipa de cercetători vede această formulă ca fiind aplicabilă utilizărilor pe scară largă și mică. Dispozitivele electrocatalitice ar putea fi operate de către persoane fizice și vândute unor ferme individuale, astfel încât acestea să își poată genera propria uree pentru sol.
Și speranța este de a oferi soluții alternative proceselor industriale la scară largă pentru a reduce consumul de energie, care poate juca un rol într-un viitor mai sustenabil, deoarece populația și cererea de uree vor crește cu siguranță.
Următorii pași în acest proces implică îmbunătățirea în continuare a randamentului și selectivității, precum și a unui dispozitiv prototip care poate extinde producția. În același timp, echipa de cercetători încearcă să găsească o modalitate de a alimenta procesul folosind energia solară, în locul electricității directe.
