Plasma Semelhante a Relâmpago para Tornar a Amônia Verde Acessível

O Caminho para uma Economia de Amônia Verde

Amônia, ou NH₃, tem sido considerada um grande candidato potencial para substituir o combustível líquido feito a partir de petróleo e outros combustíveis fósseis. Isso porque é produzida usando um recurso extremamente abundante, o nitrogênio atmosférico (N₂), e não necessita necessariamente de petróleo ou metano para sua produção.

Como a amônia é um fertilizante importante, sua produção atualmente representa uma parte massiva da indústria química, tornando-a o segundo produto químico mais produzido no mundo.

A amônia é atualmente produzida principalmente através do processo Haber-Bosch, combinando nitrogênio com hidrogênio para produzir amônia, usando alta pressão e altas temperaturas, o que a torna intrinsecamente intensiva em energia.

Fonte: Angewandte Chemie

No entanto, a origem desse hidrogênio afeta o quão poluente pode ser a produção de amônia. Hoje, a maior parte do hidrogênio para a produção de amônia provém de combustíveis fósseis, tornando a amônia responsável por 1,3% das emissões globais de carbono.

Idealmente, uma economia de amônia dependeria da chamada amônia verde gerada a partir de energia renovável. Isso a distingue de outros tipos de amônia:

• Amônia cinza/marron: produzida a partir de combustíveis fósseis.
• Amônia azul: 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 decompõe o metano em hidrogênio e carbono sólido, com o hidrogênio posteriormente convertido em amônia. O carbono sólido pode ser armazenado ou usado em aplicações como fibras de carbono.

Enquanto a amônia não for predominantemente amônia verde, utilizá‑la para substituir combustíveis fósseis no transporte e nas indústrias é bastante inútil, pois apenas muda o ponto onde os combustíveis fósseis são consumidos.

“O apetite da indústria por amônia só aumenta. Na última década, a comunidade científica global, incluindo nosso laboratório, quer descobrir uma forma mais sustentável de produzir amônia que não dependa de combustíveis fósseis.

Pr. PJ Cullen – Professor da Universidade de Sydney e do Net Zero Institute

É por isso que novas descobertas que mudam completamente a forma como a amônia é produzida, afastando‑se do processo Haber-Bosch centenário, podem ser um divisor de águas.

Tal inovação pode ter sido feita por pesquisadores da Universidade de Sydney (Austrália) e da Universidade de Zhejiang (China), usando plasma para produzir nitrogênio a partir do ar. Eles publicaram seus resultados na Angewandte Chemie¹ sob o título “Regulating Multifunctional Oxygen Vacancies for Plasma-Driven Air-to-Ammonia Conversion”.

Por que a Amônia?

Se a amônia é essencialmente hidrogênio transformado, por que não usar o hidrogênio diretamente?

A diferença em relação ao hidrogênio é que a amônia é uma molécula muito maior que H₂ e muito mais estável. Isso torna seu transporte e armazenamento muito mais fáceis. A amônia também tem quase 50% mais densidade energética que o hidrogênio líquido.

Fonte: Kleinman Center For Energy Policy

Essa densidade energética e armazenamento mais fácil tornam a amônia um candidato principal para uso no transporte, especialmente em viagens de longa distância que consomem muita energia, como o transporte marítimo, algo que discutimos em detalhes em “Decarbonizing Global Shipping Lanes Through Green Ammonia”.

Também faria da amônia um bom candidato para armazenamento de um ano ou de um mês, uma questão de longa data para equilibrar redes elétricas dependentes de energias verdes, com, por exemplo, o excedente de energia solar no verão ou durante semanas de vento forte sendo usado para produzir amônia excedente que seria consumida no inverno ou em períodos de vento fraco.

Problemas na Produção de Amônia

Enquanto a produção de amônia depender do Haber-Bosch, essa transição para um combustível mais verde pode demorar.

A principal razão é que a produção de hidrogênio verde é complexa e cara, frequentemente exigindo metais raros como o platínio, embora isso provavelmente mude graças aos avanços em nanotecnologia, como o uso de nanorods de níquel em seu lugar.

A outra razão é que produzir amônia com hidrogênio significa que é um processo de múltiplas etapas, com cada etapa exigindo investimento de capital e reduzindo o rendimento energético total de todo o processo de produção:

• A energia verde deve primeiro ser produzida com tecnologias solares, eólicas ou hidrelétricas.
• Essa eletricidade é então transportada para um eletrólito que produz hidrogênio.
• O hidrogênio é então usado para a produção de amônia.

Como a energia verde é geralmente mais intermitente e descentralizada, isso gera custos adicionais ao exigir produção centralizada de hidrogênio e amônia.

“Atualmente, gerar amônia requer produção centralizada e transporte de longa distância do produto. Precisamos de uma ‘amônia verde’ de baixo custo, descentralizada e escalável”

Pr. PJ Cullen – Professor da Universidade de Sydney e do Net Zero Institute

Como o Plasma Não Térmico Pode Revolucionar a Amônia Verde

O que é Plasma Não Térmico?

Existem outros métodos além do Haber-Bosch para produzir amônia. A ideia geral é usar eletricidade para oxidar nitrogênio e, em seguida, adicionar átomos de hidrogênio (reação de redução de nitrogênio – eNRR).

No entanto, esses métodos são limitados pela baixa solubilidade do nitrogênio e por reações indesejadas em soluções contendo água. Por isso o plasma não térmico (NTP) é considerado, pois o NTP é mais adequado para reações de oxidação do que para redução química.

Fonte: Angewandte Chemie

O nitrato (NO₃⁻) e o nitrito (NO₂⁻) resultantes têm solubilidade na água quase 40.000 vezes maior que a do N₂.

Esses métodos são promissores, mas exigem que nitrogênio e oxigênio sejam extraídos do ar e purificados, aumentando os custos.

É por isso que abordagens nas quais o ar é ativado diretamente para produzir NOx e os intermediários resultantes de NOx são reduzidos a NH₄⁺ via conversão eletroquímica são atraentes.

Catalisador Cobre-Ferro

Os pesquisadores usaram uma nanogrelha de cobre (P-Cu), na qual uma atmosfera de plasma de oxigênio foi usada para criar defeitos (CuxO/Cu) e espécies altamente reativas como íons O⁻, átomos de O e moléculas de O₃ (ozônio). Essas espécies reativas de oxigênio interagem com o Cu, levando à oxidação da superfície.

Em seguida, a adição de átomos de ferro criou ligações de ponte estáveis Fe–O–Cu na superfície.

Fonte: Angewandte Chemie

Usando espectroscopia de raios X dispersiva de energia (EDS), os pesquisadores puderam estudar as estruturas cristalinas altamente complexas formadas por esse processo. Os bastões muito pequenos e as estruturas complexas aumentaram a superfície do material, tornando‑o um catalisador melhor.

Fonte: Angewandte Chemie

Eletrocatalise da Amônia

Fe₂O₃ NPs/Cu foi usado como cátodo para a produção de amônia a partir de nitrogênio e água, controlando diretamente tanto a oxidação do nitrogênio quanto a eletrólise da água em hidrogênio.

Testes provaram que a introdução de Fe₂O₃ no cobre aumenta efetivamente a atividade eletrocatalítica.

Fonte: Angewandte Chemie

Eles analisaram em detalhe como a produção de amônia funciona, e confirmaram que é realmente uma reação química complexa e em múltiplas camadas que ocorre muito rapidamente, com NO₂ se transformando em NH₃.

Fonte: Angewandte Chemie

Mais importante ainda, a reação teve uma eficiência faradaica de quase 100% a 300 mA, significando que a maior parte da eletricidade usada é convertida em energia química, tornando‑a uma ordem de magnitude mais eficiente que as múltiplas etapas da eletrólise clássica da água (para produção de hidrogênio) e depois da conversão de nitrogênio em amônia.

“Esta nova abordagem é um processo de duas etapas, combinando plasma e eletrólise. Já tornamos o componente de plasma viável em termos de eficiência energética e escalabilidade.”

Pr. PJ Cullen – Professor da Universidade de Sydney e do Net Zero Institute

Avançando

No geral, este método demonstra que existem outros caminhos para a produção de amônia que podem contornar totalmente o processo Haber-Bosch, e a necessidade de produzir hidrogênio verde separadamente.

Isso também representa uma melhoria em comparação com uma versão anterior desta tecnologia, que precisava usar um catalisador cobre‑páladio em vez de ferro, sendo o páladio um metal caro.

Este estudo focou principalmente no desenvolvimento de um catalisador eficiente para a oxidação do nitrogênio diretamente do ar não filtrado e refinado.

Para torná‑lo economicamente viável, o componente eletrolisador que produz o hidrogênio ainda precisará ser aprimorado. Felizmente, estão sendo feitos progressos na produção de hidrogênio usando catalisadores não utilizados anteriormente ou até mesmo catalisadores auto‑otimizantes.

Portanto, provavelmente, no médio prazo, veremos a combinação de diferentes tecnologias em uma máquina comercial de produção de amônia, como oxidação direta de nitrogênio com plasma usando cobre e ferro, e eletrólise da água usando metais igualmente baratos.

Essas unidades poderiam ser instaladas diretamente em locais de produção de energia verde, e a amônia produzida armazenada em um tanque relativamente barato (comparado ao hidrogênio), para ser transportada por dutos, caminhões ou navios‑tanque.

É provável que sejam as empresas capazes de integrar verticalmente a geração de energia verde, a produção de amônia e o transporte da amônia que mais se beneficiarão desses projetos.

Empresa de Amônia

Aker Horizons ASA (AKH.OL)

Aker Horizon é uma subsidiária do grupo Aker centrada em energia verde. O grupo é um grande conglomerado norueguês com foco em renováveis e negócios marítimos/offshore.

Fonte: Aker

Aker Horizon é a holding de várias subsidiárias, incluindo hidrogênio verde, parques eólicos onshore e offshore, e fazendas solares. Isso inclui a Mainstream Renewable Power, uma empresa de serviços públicos com 20,4 GW de energia renovável em desenvolvimento na África do Sul (12,3 GW) e em outros países (Ásia, América do Sul, Europa).

A empresa é notavelmente muito ativa na geração de hidrogênio e amônia verde, com o objetivo de descarbonizar o transporte marítimo do Ártico, além de interesse de data centers.

Fonte: Aker

A Aker não é apenas uma empresa de amônia verde, mas pode lidar com toda a integração vertical da amônia verde, desde turbinas eólicas offshore até a geração de hidrogênio (por enquanto) e a produção de amônia verde. Também está trabalhando em projetos como resíduos para energia na França, uma planta de biomassa na Alemanha e captura de carbono no Oriente Médio (Arábia Saudita e Emirados Árabes Unidos).

Em maio de 2025, a Aker tem analisado uma reestruturação devido aos baixos preços no setor de energia verde, essencialmente buscando readquirir totalmente suas operações de captura de carbono, e a reintegração da AKH Holding (Mainstream Renewable Power e os projetos de amônia verde de Narvik) na Aker Horizon após uma listagem separada de algumas de suas ações.

Fonte: Aker

Isso faz dela uma boa ação para investidores que buscam exposição de longo prazo ao setor de energia verde em geral, com forte posicionamento em amônia verde, mas também em outras energias verdes, e alguma diversificação geográfica longe das ações norte‑americanas.

Estudo Referenciado

^{1. Wanping Xu, Jiaqian Wang, Tianqi Zhang, Jungmi Hong, Qiang Song, Zhongkang Han, Patrick Cullen. (2025) Regulating Multifunctional Oxygen Vacancies for Plasma-Driven Air-to-Ammonia Conversion. Angewandte Chemie. 22 abril de 2025 https://doi.org/10.1002/anie.202508240}