Desarrollo de un sistema de fotoelectrosíntesis integrando energía solar y materiales semiconductores para la producción de amoniaco y urea verdes

La producción industrial de amoníaco por proceso de Haber-Bosch emite más CO2 que cualquier otro proceso químico, ya que es uno de los productos químicos más producidos y consume mucha energía. Como el amoníaco se utiliza para la producción de fertilizantes y combustible que transporta hidrógeno verde, es indispensable descarbonizar su proceso de producción. La aplicación de procesos de electroreducción en la producción de urea y amoníaco a partir de contaminantes como el dióxido de carbono y los nitratos/nitritos como materias primas es una estrategia neutra en carbono e innovadora para eliminar gradualmente su fabricación industrial insostenible. Sin embargo, su producción utilizando electrolizadores convencionales es económicamente menos viable debido a la baja selectividad y rendimiento, el uso de catalizadores costosos, y la operación requiere un alto voltaje. El proyecto propuesto aborda estos desafíos con el desarrollo de un prototipo de fotoelectrolizador de flujo continuo que contiene un fotoánodo semiconductor de SiC/TiO2 y un cátodo de óxido bimetálico a base de cobre. El fotoelectrolizador funciona con un voltaje de celda reducido debido al voltaje mayor del SiC/TiO2 tras la iluminación. Además, el desarrollo de electrocatalizadores de óxidos a base de cobre como cátodos mejora el rendimiento y la selectividad de la producción de amoníaco y urea. El prototipo de fotoelectrolizador se diseñará para un funcionamiento a temperatura y presión ambiente utilizando luz solar y electricidad procedente de recursos energéticos renovables. A diferencia de los metales del grupo del Pt en los electrolizadores convencionales, el cátodo y el ánodo del prototipo consisten en elementos abundantes en la tierra que reducen los costos del material del catalizador. Además, el reciclaje del dióxido de carbono y los nitratos del agua contaminada restablece el equilibrio del ya perturbado ciclo natural del carbono y el nitrógeno, lo que conduce a una economía circular.