Catalizador chino convierte aguas residuales en amoníaco para fertilizantes

Un equipo de científicos en China ha logrado convertir el nitrato presente en aguas residuales en amoníaco, un componente esencial para la producción de fertilizantes como la urea. Este nuevo proceso, que transforma un desecho en un recurso, promete ser más económico y eficiente energéticamente, lo que podría representar un cambio significativo en la industria.

En la actualidad, los vertidos de aguas residuales agrícolas e industriales contienen grandes cantidades de nitrato, proveniente de fertilizantes usados, desechos animales, residuos de plantas químicas y el tratamiento de aguas cloacales. El exceso de este compuesto es perjudicial para los ecosistemas locales, provocando floraciones de algas que generan zonas muertas en los cursos de agua, donde los niveles de oxígeno caen y la vida acuática perece. Además, puede contaminar las aguas subterráneas, con los consiguientes riesgos para la salud de personas y animales.

Para combatir esto, la mayoría de los países tratan las aguas residuales para eliminar el nitrato, un proceso caro y que consume mucha energía. Sin embargo, el nitrato contiene grandes cantidades de nitrógeno, un componente clave de los fertilizantes. El equipo chino decidió aprovechar este enorme potencial recurso en lugar de simplemente desecharlo.

Un catalizador de doble átomo

El amoníaco es uno de los productos químicos industriales más importantes del mundo, utilizado en fertilizantes, explosivos, productos químicos, refrigerantes y potenciales sistemas de energía de hidrógeno. Su producción convencional, mediante el proceso Haber-Bosch, requiere altísimas temperaturas y presiones, generalmente alcanzadas con gas natural, y consume entre el 1% y el 2% de la energía global.

La alternativa de fabricar amoníaco a partir de nitrato de desecho podría reducir la contaminación, el consumo energético y la dependencia de materias primas importadas, creando un ciclo de producción de fertilizantes más circular. El núcleo del descubrimiento es un nuevo supercatalizador que acelera y hace más eficiente la reacción química. En concreto, el equipo chino empleó un catalizador de doble átomo (DAC), que se diferencia de los catalizadores tradicionales que usan un solo átomo o nanopartículas.

Para la conversión de nitrato en amoníaco, el uso de dos átomos complementarios es clave en procesos de múltiples pasos como este. Esta "pareja atómica" facilita mejor las transferencias de electrones, las moléculas intermedias, y la ruptura y formación de enlaces. El equipo también recurrió a la inteligencia artificial para identificar los mejores pares de átomos, ahorrando horas de experimentación física por ensayo y error.

Un avance prometedor, pero aún en laboratorio

Según los investigadores, el catalizador es casi tres veces más eficiente que otros similares, lo que se traduce en mayores rendimientos de amoníaco, mejores tasas de conversión y menos residuos. Esto significa más beneficio por inversión, mientras se aborda un contaminante industrial y agrícola muy grave. Sin embargo, es importante señalar que el trabajo aún está en progreso.

Hasta ahora, el equipo solo ha demostrado el catalizador en condiciones de laboratorio y en lotes pequeños. Queda por comprobar si funciona en el "mundo real", si se puede escalar la producción y si el proceso puede manejar otros contaminantes presentes en las aguas residuales además del nitrato. El estudio completo está disponible en el Journal of the American Chemical Society.