A civilização humana [contemporânea] foi construída sobre a invenção do processo centenário de Haber-Bosch para a síntese de amoníaco. Com a crescente preocupação em preservar o ambiente, é necessária uma transição para produtos químicos sustentáveis, incluindo o amoníaco. Para acelerar essa transição, o amoníaco também é explorado como um facilitador para um panorama energético totalmente novo. Ao longo dos anos, surgiram várias rotas sustentáveis de síntese de amoníaco, incluindo o processo Haber-Bosch acoplado à eletrólise da água e a síntese eletroquímica de amoníaco. Embora o desempenho demonstrado à escala de laboratório para essas rotas seja encorajador, o campo carece de uma avaliação comparativa. Em particular, a viabilidade económica e os impactos climáticos dessas rotas de síntese sustentáveis como uma alternativa ao processo centenário de Haber-Bosch precisam ser explorados. Aqui apresentamos uma avaliação comparativa de três estágios (com base no nível de prontidão da tecnologia e escala demonstrada) ao longo da transição para a síntese sustentável de amoníaco com vista a fornecer uma visão panorâmica da sua viabilidade económica e impactos climáticos relativamente ao processo Haber-Bosch.
(...) O NH3 tem sido tradicionalmente sintetizado através do Processo Haber– Bosch (HB), que requer H2 e azoto (N2). Requer também uma temperatura de 400–500 ºC e pressão acima de 100 bar para converter N2 e H2 em NH3. O processo HB baseado em combustível fóssil emite uma enorme quantidade de gases de efeito estufa, com uma média global de 2,9 toneladas dióxido de carbono (CO2) por tonelada NH3. Esse processo é responsável por cerca de 1,0% das emissões globais de gases de efeito estufa. Mais de 72% do H2 usado no processo HB é produzido por reforma a vapor de metano (SMR-HB) a 850–900 ºC e 25–35 bar, e contribui fortemente para a emissões líquidas de gases de efeito estufa do processo HB.
Observa-se uma tração global rumo ao desenvolvimento da produção distribuída e sustentável de NH3 em pequena escala, explorando o design modular de vias eletroquímicas. No entanto, considerando o nível de prontidão da tecnologia e a escala demonstrada, espera-se que esse desenvolvimento decorra através de alguns estágios de transição sobrepostos, conforme ilustrado na Fig. 1. Ao contrário do processo SMR-HB em grande escala, o dimensionamento modular de sistemas eletroquímicos pode permitir a produção de NH3 altamente distribuída de pequeno (kW) a grande escala (GW).
(…)Acreditamos que o processo centenário SMR-HB (com ou sem captura e armazenamento de carbono) ainda dominará a indústria de NH3 pelos próximos 20 a 30 anos para produção em larga escala.
No entanto, os potenciais benefícios da rotas eletroquímicas, incluindo baixa temperatura e pressão de operação, design modular, operação intermitente, melhorada eficiência energética e benefícios ambientais, continuará a conduzir a comunidade científica para a investigação que viabilize esse processo imaginado. Além de inovação tecnológica, instrumentos de política (por exemplo, precificação de carbono) e incentivos governamentais para descarbonizar energia e produtos químicos indústrias são urgentemente necessários para a realização de um “economia de amoníaco” sustentável no futuro.
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Fonte: Wang, M., Khan, M. A., Mohsin, I., Wicks, J., Ip, A. H., Sumon, K. Z., Kibria, M. G. (2021). Can sustainable ammonia synthesis pathways compete with fossil-fuel based Haber–Bosch processes? Energy & Environmental Science, 14(5), 2535–2548.