Notícia com publicação científica
Novo catalisador usa urânio para transformar nitrogênio do ar em amônia
Tecnologia pode proporcionar produção mais sustentável de fertilizantes
Ben Wicks via Unsplash
22 de julho de 2025, 09:51

Fonte

Nik Papageorgiou, EPFL

Publicação Original

Escola Politécnica Federal de Lausanne

Áreas

Agricultura, Agronomia, Ciências Agrárias, Química Verde, Solo, Sustentabilidade

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Resumo

Com base na importância da amônia para a agricultura e nas limitações do processo mais utilizado atualmente para a sua produção, pesquisadores desenvolveram um novo catalisador que une eficiência biológica e viabilidade industrial.

A partir da construção de uma molécula especial usando urânio combinado com um ligante triamidoamina, foi produzido um complexo molecular capaz de reter o nitrogênio gasoso (N₂) lateralmente para transformá-lo em amônia.

O estudo demonstrou, pela primeira vez, que a ligação lateral do nitrogênio pode fornecer uma rota viável para a produção industrial de amônia.

Foco do Estudo

Tornar mais sustentável a produção de amônia.

Por que é importante?

A amônia (NH₃) é a principal matéria-prima para a fabricação de fertilizantes nitrogenados, que fornecem nitrogênio para as plantas, um nutriente essencial para a fotossíntese, para o desenvolvimento das raízes e para a formação de proteínas.

A produção de amônia, especialmente pelo processo Haber-Bosch – principal processo utilizado atualmente – requer grandes quantidades de energia e emite quantidades significativas de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono.

Estudo

Há muito tempo os cientistas buscam maneiras mais eficientes e ecologicamente corretas de produzir amônia. A natureza faz isso com eficiência por meio de enzimas chamadas nitrogenases, mas replicar esses processos biológicos em escala industrial tem sido um grande desafio.

“Todos os catalisadores moleculares desenvolvidos até agora normalmente ligam moléculas de nitrogênio –compostas por dois átomos de nitrogênio ligados – a um único centro metálico em um arranjo linear, ‘terminal’. Isso significa que uma molécula de nitrogênio se liga a apenas um metal, por meio de um de seus dois átomos”, explicou a Dra. Marinella Mazzanti, professora da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça.

“[Então], foi proposto que o nitrogênio se ligue de forma ‘lateral’, ou seja, ambos os átomos de nitrogênio se ligam a dois metais, facilitando a quebra de suas fortes ligações”, continuou a professora.

Recentemente, pesquisadores liderados pela professora Marinella Mazzanti desenvolveram o primeiro catalisador molecular de urânio capaz de se ligar ao nitrogênio gasoso de forma ‘lateral’ para convertê-lo em amônia. Além da EPFL, também participaram do estudo pesquisadores da Universidade de Manchester, no Reino Unido, e também Universidade da Bretanha Ocidental, na França.

O reconhecimento de que o N2 ligado lateralmente pode ser ativado cataliticamente e convertido em NH3 por meio de cooperatividade polimetálica fornece conexões conceituais homogêneas-heterogêneas com, por exemplo, processos de Haber-Bosch, e oferece novas perspectivas para a elaboração de transformações catalíticas moleculares envolvendo N2 e provavelmente outras moléculas pequenas.

Pesquisadores envolvidos no estudo

Resultados

O trabalho revelou uma nova via catalítica, unindo eficiência biológica e viabilidade industrial, e abrindo portas para métodos de produção de amônia mais sustentáveis.

Os cientistas construíram uma molécula especial usando urânio combinado com um ligante triamidoamina, produzindo um complexo molecular capaz de reter o nitrogênio gasoso (N₂) lateralmente. Em seguida, reduziram progressivamente o nitrogênio gasoso adicionando elétrons passo a passo, quebrando a forte ligação entre os dois átomos de nitrogênio do gás.

Os experimentos mostraram que o complexo de urânio poderia operar repetidamente em um ciclo, efetivamente transformando gás nitrogênio em amônia várias vezes; especificamente, até 8,8 equivalentes de amônia por catalisador de urânio. Isso demonstrou pela primeira vez que a ligação lateral do nitrogênio — um provável modo de ligação nas enzimas da natureza — pode fornecer uma rota viável para a produção de amônia.

O novo catalisador esclarece etapas até então desconhecidas na química da conversão do nitrogênio e mostra que o urânio, historicamente um dos primeiros metais usados industrialmente para produzir amônia, ainda possui um potencial inexplorado.

Os resultados foram publicados na revista científica Nature Chemistry.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dra. Marinella Mazzanti

Professora da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL)

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Nature Chemistry (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

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