Amonia verde

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Conceitos atrelados a produção da amônia verde
L. B. C. Embiruçu1
1SENAI CIMATEC, Salvador, Brasil (laura.embirucu@gmail.com)
Denomina-se amônia verde a utilização do hidrogênio verde para produção de amônia. A
geração pode ser descrita pela síntese de Haber-Bosch, onde os parâmetros que estão
vinculados na reação são ajustados a fim de maximizar a reação do amoníaco. Essa
tecnologia aponta como uma inovação tecnológica, pois durante a fabricação não há
emissão de carbono e as taxas de emissão de poluentes são baixas, quando comparado a
outros tipos de esquema produtivos.
Palavras-chave: Biocombustíveis; Haber-Bosch; Hidrogênio; Amoníaco; Fertilizantes.
INTRODUÇÃO
A amônia ou amoníaco possui como propriedades
químicas ser um gás incolor, tóxico, corrosivo (na
presença de umidade), inflamável e possuir um odor
característico. Sua fórmula estrutural é representada
na figura 1, pode-se perceber que a substância é
composta por: um átomo de nitrogênio e três átomos
de hidrogênio.
Figura 1: Fórmula estrutural da amônia
O seu conhecimento e utilização é datado nas
escritas de Plínio, este que era um naturalista
romano, no seu livro Historie naturalis, no ano de
1782 nesse período foi cunhado de hammoniacum.
No século XVIII Priestley, que dentre suas formações
também era educador, conseguiu isolar o composto
amoníaco e o denominou de gás alcalino. Em 1777
Scheele demonstrou que esse gás continha o
hidrogênio e em 1778 Bergman nomeou de
ammoniacum. Por fim, em 1785 Berthollet
demonstrou a composição química da amônia e ela
foi aceita pela comunidade científica. (SUTTON,
2008)
Sua presença no meio ambiente ocorre de forma
natural, combinada a outros organismos ou quando
produzida artificialmente. Sua síntese mais
reconhecida é a de Haber-Bosch, processo
desenvolvido em escala laboratorial por Fritz Haber
no ano de 1908 e em escala industrial em 1913 por
Carl Bosch. Seu procedimento trata-se da obtenção
de amoníaco por meio do diazoto e di-hidrogénio no
estado gasoso. A reação é baseada também na
ativação de átomos de hidrogênio e de nitrogênio na
presença de um catalisador, o ósmio. A síntese do
amoníaco é representada pela equação química:
Para conseguir a maximização esperada o processo
deve ser realizado com pressões elevadas e à
temperatura mais baixa possível, cerca de 175 atm e
550°C. (F. AFTALION,2001).
A amônia possui maior consumo no mercado de
fertilizantes, visto que é o elemento chave do
processo produtivo, seja pelos compostos de amônio
(nitrato de amônio, sulfato de amônio, cloreto de
amônio, sulfonitrato de amônio, fosfato de amônio),
ou os nitratos, obtidos através do ácido nítrico, que é
produzido a partir da amônia (nitrato de amônio,
nitrato de cálcio, nitrato de sódio). A figura 2
representa uma planta industrial onde pode-se
observar a aplicação da síntese de Haber-Bosch.
(SHREVE, 1997).
Figura 2: Processo Haber-Bosch
Possui alta versatilidade, podendo ser utilizada na
produção de plásticos, borrachas, explosivos, na
indústria têxtil, na indústria bélica e substitui os
CFCs (clorofluorcarbonetos) nos processos fabris. A
primeira forma de utilização da amônia como
combustível foi durante a segunda guerra mundial na
Alemanha, o diesel do país havia sido confiscado
pelo exército, e para a frota de ônibus conseguir
circular eles modificaram a maquinaria dos ônibus,
fazendo com que ela fosse utilizada largamente no
território alemão.
A produção da chamada "amônia suja” é
responsável por cerca de 2% de todas as emissões de
gases de efeito estufa. Atrelado a esse fator, a
oxidação da amônia, contribui para a produção de
gases do efeito estufa. Outro ponto negativo é a
transformação de NH3 em NO2 (nitrito) que
contribui para a lixiviação de nutrientes nos
ecossistemas. Além disso, a presença exacerbada do
amoníaco em ambientes aquáticos pode gerar a morte
ou problemas no desenvolvimento de peixes. A
amônia também pode o processo de eutrofização,
este que é um aumento na quantidade de algas nos
corpos hídricos e a redução da fotossíntese.
Por ser consideravelmente mais leve que o ar
(densidade relativa do ar, 0,5963) e possuir um
caráter alcalino possibilita a reação com outros
componentes alcalinos, a exemplo do dióxido de
enxofre (SO2). Nesse exemplo citado eles reagem e
formam aerossóis atmosféricos que possuem papel
grave na redução da qualidade do ar, ela também
possibilita a formação do MP2.5 que é componente
que contribui para a formação da chuva ácida.
MATERIAL E MÉTODOS
O presente artigo caracteriza-se com base nos tipo
de metodologia como sendo teórico de natureza
básica, pois ele tem como finalidade a análise das
variáveis referentes à produção de amônia atrelada a
utilização do hidrogênio verde, esse processo recebe
a nomenclatura de “amônia verde”. Também são
analisados os fenômenos físicos atrelados a esse
processo. A abordagem de construção foi qualitativa,
visto que privilegia a análise de microprocessos.
O trabalho caracteriza-se com uma revisão
bibliográfica e para a sua sua construção teve como
principais referências: (SUTTON, 2008); (F.
AFTALION,2001) e (SHREVE, 1997).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Denomina-se amônia verde o sistema de fabricação
de amônia que utiliza o hidrogênio verde. Sendo
apontada como o "combustível do futuro” pela
literatura, pois é produzida por meio de fontes e
tecnologias limpas (solar, eólica, hidráulica, entre
outras). Para utilizar o hidrogênio verde como fonte
de energia são conhecidos quatro grande métodos,
sendo eles: processos termoquímicos, eletrólise de
água, processos rádio líticos e processos biológicos.
Dentre os quais a eletrólise apresenta-se como a
melhor alternativa com custo/benefícios
significativos, esse sistema é uma fonte de energia
limpa que só emite vapor de água e não deixa
resíduos no ar, ao contrário do carvão e do petróleo.
O sistema de produção do hidrogênio verde por
eletrólise, este que é um processo físico-químico que
utiliza a energia elétrica de uma fonte qualquer para
forçar a ocorrência de uma reação química de
produção de substâncias simples ou compostas que
não podem ser encontradas na natureza ou que não
são encontradas em grande quantidade. (ATKINS,
2006). Consiste na decomposição das moléculas de
água (H2O) em oxigênio (O2) e hidrogênio (H 2),
representada na figura 4, a água utilizada para a
eletrólise deve conter sais e minerais para conduzir a
eletricidade, dois eletrodos submersos na água e
conectados a uma fonte de energia aplica uma
corrente contínua, a dissociação do hidrogênio e o
oxigênio acontece quando os eletrodos atraem para si
os íons de carga oposta, durante a eletrólise ocorre
uma reação oxidação-redução pelo efeito da
eletricidade. (IBERDROLA, 2019)
Figura 3: Processo de eletrólise
Atualmente a maioria das indústrias de amônia
utilizam o hidrogênio proveniente da queima de
combustíveis fósseis, como o gás natural, esse
sistema de produção é “hidrogênio azul”,
representado pela figura 3. Todavia, esse esquema
produtivo apresenta inúmeros pontos negativos
quando comparado ao hidrogênio verde, sendo
alguns deles: o hidrogênio verde utiliza energia
renovável para sua produção, tornando-se assim um
processo limpo, enquanto que o hidrogênio azul
utiliza gás natural como combustível para a geração;
é necessário capturar e armazenar carbono (CSS),
porém para essa realização é necessário garantir que
esse armazenamento ocorra de maneira segura, pois
em caso de erro no processo esse carbono poderia
vazar para a atmosfera; o consumo de energia no
processo é extremamente alto.
Figura 4: Esquema de produção do hidrogênio azul
O sistema de produção do hidrogênio é classificado
conforme a sua forma de produção e, com base nessa
informação ele recebe uma coloração específica, na
tabela 1 são apresentadas algumas das formas de
fabricação e suas respectivas colorações. Atualmente,
é produzido em cerca de 65 milhões de toneladas e
espera-se, futuramente, maiores aplicações como em
combustível para veículos elétricos com células
combustíveis (FCEV), aquecimento industrial,
doméstico eetc.
COR FORMA DE PRODUÇÃO
Azul Obtido a partir da queima
de combustíveis fósseis,
como gás natural e carvão
mineral, seguida da captura
e do armazenamento de
carbono emitido no
processo.
Rosa Quando a fonte primária de
energia é a nuclear
Turquesa Utiliza um processo
chamado pirólise do metano
é usado para produzir
hidrogênio e carbono sólido
que pode ser armazenado ou
utilizado em outro processo.
Amarelo Quando se usa
especificamente a energia
solar para alimentar o
processo de eletrólise.
COR FORMA DE
PRODUÇÃO
Verde Quando se usa qualquer
fonte renovável de energia
na eletrólise.
Preto Produto da gaseificação de
carvão mineral.
Cinza Obtido a partir da queima
de combustíveis fósseis
Tabela 1: Processos produtivos de hidrogênio
O hidrogênio verde também pode ser embarcado na
forma de amônia verde, e uma vez entregue ao seu
destino final, deve-se iniciar o processo de
craqueamento (extração do hidrogênio contido da
amônia). Esse processo mostra-se vantajoso, pois o
hidrogênio para ser transformando em líquido é
necessário resfriá-lo a -253°C, e dessa forma gasta-se
muita energia no processo de liquefação. Em
contrapartida o amoníaco é liquefeito a -33°C ou
submetido a baixas pressões.
Figura 5: Cadeia de produção do hidrogênio verde
CONCLUSÃO
A amônia configura-se hoje como a maneira com o
melhor custo/benefício de armazenar e transportar o
hidrogênio verde. Em questões de mercado, são
produzidas cerca de 240 milhões de toneladas anuais,
gerando uma renda de aproximadamente US $90
bilhões em 2026. Existe a meta proposta pelo
International Maritime Organization (IMO) de
realizar a descarbonização de todo o transporte
marítimo até 2030. Outro fator que torna essa
tecnologia uma aposta positiva é que cerca de 80%
da amônia consumida no Brasil é importada,
provando, mesmo sendo um país que possui como
um dos maiores modais a agricultura. A indústria de
fertilizantes Yara iniciou a produção da amônia verde
em Cubatão, litoral de São Paulo, apesar do volume
inicial ser de 3%, mas já é o pontapé inicial para
aprofundar estudos nesse setor tecnológico.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao SENAI CIMATEC e ao Projeto de
Recursos Humanos (PRH 27.1) da Agência Nacional
do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis.
REFERÊNCIAS
SUTTON, Mark A. et al. Ammonia in the environment:
from ancient times to the present. Environmental
Pollution, v. 156, n. 3, p. 583-604, 2008.
F. Aftalion, A history of the international chemical
industry, 2nd edition, Philadelphia, PA: Chemical Heritage
Press, 2001, ISBN: 978-0-94-190129-1
IBERDROLA. Hidrogênio VERDE. Disponível em:
https://www.iberdrola.com/sustentabilidade/hidrogenio-ver
de. Acesso em: 8 abr. 2022.
ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química:
questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed.
Porto Alegre: Bookman, 2006. 965 p.
SHREVE, R. N.; BRINK JR., JOSEPH A. Indústrias de
Processos Químicos, 4 edição, Editora Guanabara Koogan
S. A., 1997.