El amoníaco (NH3) juega un papel crucial en la agricultura moderna, producido principalmente a través del proceso Haber-Bosch. Durante más de un siglo, este método ha dependido del catalizador a base de hierro conocido como 'Promoted-Fe', que ha permanecido inigualado en eficiencia. Sin embargo, un equipo de investigación del Instituto de Ciencias de Tokio ha realizado un avance revolucionario en el diseño de catalizadores que podría transformar la producción de amoníaco.
Publicado el 23 de enero de 2025 en la revista Advanced Science, el estudio dirigido por el profesor Michikazu Hara presenta una nueva estructura de catalizador que mejora significativamente las tasas de producción de NH3. Los catalizadores tradicionales generalmente consisten en partículas de metales de transición sobre un soporte de baja densidad, que, aunque aumenta el área de superficie activa, limita la eficiencia del volumen del catalizador.
El enfoque innovador del equipo de Tokio consistió en crear catalizadores con una estructura inversa, que presenta partículas de hierro más grandes mejoradas con hidruro de aluminio (AlH) y potasio (K+). Este diseño permite alcanzar tasas de producción de amoníaco por volumen de catalizador aproximadamente tres veces superiores a las de Promoted-Fe. Notablemente, este nuevo catalizador opera eficientemente incluso a temperaturas por debajo de 200 °C, un rango en el que los métodos tradicionales fallan.
Hara señala: "El nuevo catalizador no solo supera a Promoted-Fe en rendimiento, sino que también mantiene estabilidad, produciendo amoníaco sin pérdida de actividad durante más de 2,000 horas." La investigación indica que la estructura inversa favorece la donación de electrones y aumenta los sitios activos, facilitando un clivaje más eficiente del N2, el paso limitante en la síntesis de amoníaco.
Este avance tiene implicaciones significativas para la producción industrial de amoníaco, especialmente en el contexto de la mitigación del cambio climático. La facilidad de fabricación de estos catalizadores a partir de materiales abundantes podría conducir a prácticas agrícolas más sostenibles y a un menor impacto ambiental.
El Instituto de Ciencias de Tokio, formado por la fusión de la Universidad Médica y Dental de Tokio y el Instituto de Tecnología de Tokio, tiene como objetivo avanzar en la ciencia para el beneficio de la sociedad, haciendo de este descubrimiento un paso vital hacia la mejora de la seguridad alimentaria y la sostenibilidad global.