Un avance tecnológico chino convierte las aguas residuales contaminadas en amoníaco para la producción de fertilizantes
El proceso tradicional de obtención de amoníaco artificial consume entre el 1 y el 2 % de la energía global
Entendemos por aguas residuales las que, tras ser utilizadas en diversas actividades humanas, presentan una alteración en su composición original, la cual puede variar dependiendo del uso que se les haya dado: doméstico, agrícola o industrial, entre otros. Contienen una mezcla de desechos orgánicos y sólidos suspendidos, que pueden incluir desde restos de alimentos hasta bacterias y virus. También pueden contener contaminantes químicos y radiactivos.
Aunque las aguas residuales pueden reutilizarse, primero deben tratarse adecuadamente para asegurarse de que se eliminan los contaminantes hasta niveles seguros que permitan volver a consumirla o devolverla al ambiente, ya que la descarga incontrolada de aguas residuales puede provocar la contaminación de ríos, lagos y mares, afectando a la flora y fauna acuática.
En las aguas residuales podemos encontrar desde heces alimentos, papel y otros materiales biodegradables hasta metales pesados como plomo, mercurio, cadmio y arsénico, pasando por bacterias, virus y parásitos, o materia inorgánica como compuestos minerales (cloruro de sodio, los nitratos y otras sales disueltas). Un equipo de investigadores chino ha desarrollado un método para convertir el nitrato presente en las aguas residuales en amoníaco.
La clave del descubrimiento es un catalizador de doble átomo
El innovador proceso de conversión de residuos en recursos, utilizado como ingrediente principal en los fertilizantes de urea (una fuente de nitrógeno muy utilizada en agricultura que es uno de los fertilizantes más potentes para promover el crecimiento de las plantas) es más económico, energéticamente eficiente y supone un verdadero avance.
El amoníaco es un producto químico industrial muy utilizado, ya que se emplea para fabricar fertilizantes, explosivos, refrigerantes y hasta sistemas de energía de hidrógeno. Sin embargo, convertirlo en estos productos químicos suele ser muy costoso y requiere mucha energía, ya que se suele hacer mediante el proceso Haber-Bosch, que combina nitrógeno puro e hidrógeno para producir amoníaco.
La síntesis Haber-Bosch, a menudo referenciada como proceso Haber, es el método industrial por excelencia para producir amoníaco artificialmente (NH_3). Se logra mediante la reacción directa y catalizada entre el nitrógeno gaseoso (N_2), que se obtiene del aire, y el hidrógeno gaseoso (H_2). Tradicionalmente, este hidrógeno se ha generado a partir de combustibles fósiles, principalmente mediante el reformado de gas natural.
Este proceso requiere temperaturas y presiones muy elevadas, y algunos informes apuntan a que consume entre el 1 % y el 2 % del consumo energético global. Si se puede producir amoníaco a partir de nitrato residual, se reduce la contaminación, el consumo energético y la dependencia de materias primas importadas, dando lugar a una producción circular de fertilizantes.
La clave del hallazgo chino reside en un nuevo supercatalizador que facilita el proceso, que es un material que ayuda a que una reacción química se produzca de forma más rápida y eficiente. El empleado por los investigadores es un catalizador de doble átomo (DAC, por sus siglas en inglés), que se diferencia de los tradicionales por utilizar materiales de un solo átomo o nanopartículas.
Como no podía ser de otra manera en los tiempos que corren, los investigadores se apoyaron en la inteligencia artificial para encontrar los pares de átomos óptimos para la tarea, lo que les permitió «saltarse» miles de experimentos físicos de ensayo y error, ya que la tecnología les ayudó a seleccionar las mejores opciones para probar, ahorrando muchas horas.