Energia
A Produção de Amônia é Extremamente Prejudicial ao Meio Ambiente – Engenheiros Acabam de Desenvolver um Método Mais Limpo
Amônia: De Poluente a Alternativa Verde
A amônia tem sido discutida como alternativa aos combustíveis fósseis para aplicações difíceis de eletrificar, como transporte marítimo, rodoviário ou armazenamento de energia de longo prazo. Também foi proposta como etapa intermediária para o transporte seguro de hidrogênio que pode então ser usado em células de combustível.
Normalmente, a produção de amônia depende da combinação de hidrogênio com gás nitrogênio sob alta pressão e temperaturas, um processo chamado Processo Haber-Bosch. Infelizmente, esse método é poluente e não muito eficiente em termos de energia.
Fonte: Research Gate
Em vez disso, pesquisadores da Universidade de Illinois, Texas Tech University e General Ammonia Company otimizaram um novo método de produção de amônia que utiliza etanol com um eletrodo de lítio carregado.
Esta não é a primeira descoberta deles, com trabalhos anteriores sobre telas eletrocatalíticas (uma malha de cobre) para produção de amônia, bem como geradores de amônia “solar-to-fuel”.
Lítio “Sinfonia” para Produção de Amônia Verde
O novo método de produção de amônia funciona combinando gás nitrogênio e um fluido doador de hidrogênio, como etanol, com um eletrodo de lítio carregado.
Esta “síntese de amônia mediada por lítio” (LiMAS) funciona em 3 etapas sucessivas:
- Primeiro, uma etapa chamada eletrodeposição de Li+. Isso é feito com oscilações de corrente para garantir uma interface sólido‑eletrolito (SEI) de alta qualidade e estabilidade de voltagem.
- Em segundo lugar, a molécula de nitrogênio adere ao lítio em um processo chamado nitridação de Li.
- Em terceiro lugar, a protólise de Li3N adiciona os átomos de hidrogênio ao nitrogênio, criando amônia (NH3).
Fonte: ACS Publications
Os pesquisadores descrevem o processo como uma “sinfonia”, já que cada etapa é regulada de forma que o processo permaneça eficiente e mantenha o material circulando para o próximo ciclo de reações químicas.
“Existem dois ciclos que ocorrem. Um é a regeneração da fonte de hidrogênio e o segundo é a regeneração do lítio. Há uma sinfonia nesta reação, devido ao processo cíclico.
O que fizemos foi entender melhor essa sinfonia e tentar modulá‑la de maneira muito eficiente, para que possamos criar uma ressonância e fazê‑la mover‑se mais rápido.” – Singh, professor associado de engenharia química na UIC.
A etapa de eletrodeposição é a inovação mais importante deste estudo, pois melhora consideravelmente a seletividade do NH3.
Eles também descobriram dois outros fatores que aumentam a produtividade da geração de amônia:
- Aumento da pressão do gás nitrogênio até 20 bar.
- Usar álcool como fonte de hidrogênio.
- 1‑butanol como doador de hidrogênio alcançou o maior rendimento
- A água é um doador de hidrogênio muito menos eficiente, ao contrário do que a comunidade científica acreditava até agora.
No total, essas percepções tornam a LiMAS de alta pressão (“síntese de amônia mediada por lítio”) mais produtiva que tanto a LiMAS de baixa pressão quanto o processo Haber‑Bosch.
Fonte: UIC Today
Os Problemas da Produção de Amônia
Amônia Verde
Mencionamos como a produção de amônia provavelmente é uma etapa crucial na descarbonização de todo o setor da economia e na criação de uma economia de hidrogênio. Discutimos isso em nosso artigo “Descarbonizando Rotas Marítimas Globais através da Amônia Verde”.
Isso é especialmente verdadeiro se o processo for alimentado por energia verde (incluindo o uso de hidrogênio verde), já que outras formas de amônia são menos ecológicas.
Isso distingue a amônia verde de outros tipos de amônia:
- Amônia cinza/marron: produzida a partir de combustíveis fósseis.
- Amônia azul é produzida a partir de combustíveis fósseis, mas com captura de carbono.
- Amônia rosa (às vezes também chamada de amônia amarela): produzida a partir de energia nuclear.
- Amônia turquesa: produzida a partir da pirólise do metano. Isso quebra o metano em hidrogênio e carbono sólido, que depois converte o hidrogênio em amônia. O carbono sólido pode ser armazenado ou usado em aplicações como fibras de carbono.
Hoje, a maior parte da amônia é produzida para aplicações como produção de fertilizantes e a indústria química (tinturas, explosivos, etc.). É principalmente feita usando combustíveis fósseis, especialmente gás natural.
Como resultado, a amônia ocupa o segundo lugar, apenas atrás do cimento, entre os processos industriais em termos de emissões de carbono, representando 1,5% das emissões totais de carbono.
As altas temperaturas exigidas pelo processo Haber‑Bosch também não ajudam a reduzir a conta de energia da produção de amônia, já que essa energia costuma vir de combustíveis fósseis, incluindo carvão de alta emissão de carbono.
Industrializando LiMAs
Embora o lítio não seja o material mais barato, também não é extraordinariamente caro e não é consumido na geração de amônia usando LiMAS de alta pressão.
Portanto, combinada com a alta eficiência energética, este método é uma fonte de amônia de baixo custo.
Os pesquisadores da Universidade de Illinois estimam que, se ampliado, seria economicamente viável
“o processo produziria amônia a $456 por tonelada, o que é 60% mais barato que abordagens anteriores baseadas em lítio e outros métodos verdes propostos”.
Singh, professor associado de engenharia química na UIC.
Isso colocaria esse método de produção na mesma faixa que outras alternativas verdes ainda em desenvolvimento, como, por exemplo, o sistema de geração de amônia containerizado da Fuel Positive, que visa CA$560/ton, ou o sistema modular de amônia da AmmPower com $360/ton apenas para o custo da eletricidade (sem contar manutenção e despesas de capital).
(Discutimos essas 2 empresas e outras em nosso artigo “O Outro Combustível de Hidrogênio – Top 5 Ações de Amônia Verde”)
US$ 456 por tonelada também estaria alinhado com a maioria dos preços regionais de amônia no mundo, atualmente impulsionados pela produção baseada em combustíveis fósseis.
Os preços da amônia também estão sujeitos a grandes flutuações quando os preços do gás natural sobem, como em 2022 no início da guerra na Ucrânia.
Fonte: BusinessAnalitIQ
Os cientistas já estão em parceria com a General Ammonia Co. para pilotar e ampliar seu processo de síntese de amônia mediada por lítio. Uma planta piloto será construída na região de Chicago e o Escritório de Gestão de Tecnologia da Universidade de Illinois registrou uma patente para o processo.
Empresas de Amônia Verde
1. General Ammonia Company
A empresa que está em parceria com os pesquisadores da Universidade de Illinois não está listada publicamente, mas está “ativemente buscando investimento”.
Investidores credenciados podem estar interessados em contatá‑los diretamente e discutir os possíveis termos de investimento na empresa e em sua planta piloto de LiMAS de alta pressão.
2. NitroVolt
A NitroVolt é outra empresa que busca criar amônia usando LiMAS, com uma patente pendente para o processo de síntese de amônia mediada por lítio.
Fonte: NitroVolt
A empresa dinamarquesa está combinando o processo LiMAS com seu sistema de célula de fluxo proprietário, permitindo uma reação contínua e de alta eficiência.
A pesquisa da empresa foi publicada em prestigiadas publicações científicas, notavelmente:
Fonte: NitroVolt
A empresa recebeu seu primeiro investimento em 6º, 2024 from empresa de capital de risco BackingMinds.
3. FuelPositive Corporation (NHHHF)
A FuelPositive criou um sistema modular/containerizado de geração de amônia verde. Seu primeiro alvo é o setor agrícola, permitindo a produção de amônia no local com energia produzida localmente. O sistema pode gerar até 300 kg/dia, 100 toneladas por ano de amônia por CA$950.000.
Fonte: Fuel Positive
Isso faz dele um sistema adequado para fazendas de até 1.800 acres. Com apenas 1,5 acres de terra cobertos com painéis solares, suficiente para alimentar a geração de amônia.
Fonte: Fuel Positive
A FuelPositive afirma que seu sistema pode produzir amônia por CA$560/ton,
A startup está em estágio inicial, com produção em escala total prevista para 2025, e 30 pedidos confirmados até o momento, com a primeira entrega programada para março de 2024.
A principal força da FuelPositive é a modularidade de sua tecnologia, permitindo uma abordagem mais distribuída e produção em massa padronizada de seu módulo de geração de amônia.
A empresa está construindo uma parceria com Cipher Neutron, que pode produzir hidrogênio sem nenhum metal do grupo da platina.
Uma parceria similar para usar/licenciar o método LiMAS para produção de amônia poderia ser estabelecida, já que a força da empresa está em seu design modular, mais do que em uma tecnologia proprietária de geração de amônia.
Embora o foco principal seja a produção de fertilizantes, a amônia poderia ser usada para alimentar motores agrícolas com energia produzida no local, dependendo da velocidade de adoção de ferramentas agrícolas alimentadas por amônia/hidrogênio.
A natureza descentralizada e modular dos sistemas FuelPositive também poderia torná‑los um elemento chave de uma futura economia da amônia. O mercado de fertilizantes pode suprir a lacuna para que a empresa cresça até que o uso de hidrogênio e amônia seja mais difundido.
4. AmmPower Corp. (AMMPF)
A AmmPower é semelhante à FuelPositive ao fornecer sistemas modulares de geração de amônia, mas em escala maior, com seu módulo base capaz de produzir 4 toneladas/dia. Isso coloca a empresa mais no campo de fazendas muito grandes (mais de 10.000 acres) ou operações industriais como têxteis, refrigeração, mineração, farmacêuticos ou semicondutores.
Fonte: AmmPower
A empresa está no processo de construir seu livro de pedidos, com potencial de reserva de curto prazo estimado em US$ 30 milhões, e perspectivas de venda para 690 unidades de 52 países.
A empresa estima que o custo da eletricidade seja cerca de US$ 360/ton de amônia.
A modularidade do sistema permite um retorno rápido e entregas, com menos de um ano em comparação com os 3‑4 anos de projetos semelhantes sem a abordagem modular.
Também está trabalhando em tecnologia para transformar resíduos em amônia, em uma joint venture com a CTEC Energy Sales USA.
Aqui também, outras parcerias poderiam ser estabelecidas para integrar o processo de amônia LiMAS ao design modular.
Para avançar o progresso da amônia rumo a uma economia de hidrogênio‑amônia, está criando uma subsidiária dedicada ao craqueamento da amônia em hidrogênio, que buscará financiamento adicional separadamente.
Ao alcançar a escala que pode atender à maioria dos usos industriais, bem como fazendas muito grandes, a AmmPower está mirando clientes e empresas com acesso mais profundo a capital do que a maioria.
Combinado com a tecnologia de craqueamento de amônia, isso poderia permitir que a empresa escalasse rapidamente seguindo políticas que impulsionam o desenvolvimento do hidrogênio como portador de energia.
