Já ouviu falar em Cores da Amônia?

Se você está envolvido na indústria de refrigeração de amônia há algum tempo, sabe que a amônia é clara (incolor) a menos que tenha sido contaminada com impurezas. No entanto, nos últimos anos, a amônia tem sido referida com mais frequência por uma cor, que não se refere à amônia, mas ao processo usado para fabricá-la. A seguir, está uma breve visão geral de alguns dos métodos de produção de amônia, que agora são áreas de intensa pesquisa e investimento:

AMÔNIA CINZA, ÀS VEZES CHAMADA DE AMÔNIA MARROM

Em 1905, o cientista alemão Fritz Haber publicou seu livro sobre a termodinâmica das reações de gases técnicos, no qual registrou a produção de pequenas quantidades de amônia a partir de N2 (retirado do ar) e hidrogênio a uma temperatura de 1000°C, com a ajuda do ferro como catalisador. Por volta de 1908, esse processo foi adquirido pela Badische Anilin- und Sodafabrik (BASF), que encarregou e financiou seu químico e engenheiro, Carl Bosch, para desenvolver esse processo em grande escala industrial. Essa tarefa envolveu a construção de uma instalação de produção e equipamentos que resistissem a altas pressões de gás e altas temperaturas de reação. A máquina de Bosch, apresentada em 1914, foi capaz de produzir quase 90 quilos de amônia por hora, o que não é muito, mas foi o começo do que se tornaria uma indústria muito grande. 

Fritz Haber recebeu o Prêmio Nobel em 1919 por sua pesquisa que desbloqueou o processo de produção de amônia. Em seguida, em 1931, Carl Bosch e Friedrich Bergius receberam o Prêmio Nobel por suas contribuições para a invenção e desenvolvimento de métodos químicos de alta pressão. 

O processo Haber-Bosch é o mais econômico para a fixação de nitrogênio e, com modificações, continua em uso como um dos processos básicos da indústria química em todo o mundo. A maioria da amônia produzida (80% ou mais) é usada como um portador de nitrogênio e é usada em todo o mundo como fertilizante para aumentar a produção de culturas e sustentar o crescimento da população. O desenvolvimento do processo Haber-Bosch foi fundamental para o crescimento de nossa sociedade, já que mais culturas poderiam ser cultivadas alimentando cada vez mais pessoas. 

Nesse processo Haber-Bosch, combustíveis fósseis, geralmente gás natural, que é CH4, são usados (carvão também é usado). Ambos são usados para obter hidrogênio em um processo a vapor de reforma de metano (SMR) e para alimentar a reação. Estima-se que para cada molécula de NH3 gerada, seja liberada uma molécula de CO2 como co-produto. Também foi afirmado que são produzidas aproximadamente 2 toneladas de CO2 para cada 1 tonelada de NH3 produzida, com algumas pessoas estimando uma proporção mais próxima de 3:1. O processo Haber-Bosch é intensivo em combustíveis fósseis e, devido à grande quantidade de CO2 produzida (cerca de 1,8% das emissões globais de dióxido de carbono) no processo, isso está sendo chamado de "Amônia Cinza ou Marrom". 

Além disso, devido ao uso generalizado da amônia como fertilizante, bem como para muitos outros produtos, ela é transportada por tubulações e navios praticamente em todo o mundo. No entanto, combustíveis fósseis são usados para o transporte de amônia, o que aumenta a pegada de carbono da amônia como um todo. A pegada de carbono exata para a produção de amônia depende do combustível utilizado e da eficiência da instalação, portanto, você pode facilmente identificar muitos tons de cinza ou marrom. 

AMÔNIA VERDE

A produção de amônia verde é quando o processo de fabricação de amônia é realizado usando fontes de energia renováveis ​​100% e é livre de carbono. O processo Haber-Bosch ainda é usado para produzir amônia, mas a eletrólise da água, que requer uma quantidade considerável de energia, é usada para gerar hidrogênio e oxigênio, usando um método sustentável e livre de carbono para produzir eletricidade no processo. As fontes de energia sustentáveis ​​e livres de carbono podem ser solar, eólica, hidrelétrica ou possivelmente nuclear. 

Há considerável interesse em "amônia verde" por várias razões, além de ser zero carbono:

• Primeiro, como fonte de energia, a amônia tem aproximadamente nove vezes mais energia do que as baterias de íon-lítio. 
• Em segundo lugar, é 1,8 vezes mais energético do que o hidrogênio líquido. 
• Em terceiro lugar, a amônia é muito mais fácil de transportar e armazenar do que o hidrogênio líquido usando tecnologia e infraestrutura existentes. 

A amônia verde é agora um dos principais combustíveis considerados pelo setor marítimo para permitir que a indústria de transporte atenda às novas metas de redução de CO2 propostas para 2030 e 2050. Para navios de carga, a amônia seria usada como combustível para seus motores e em células de combustível. Além disso, como a amônia tem uma alta densidade de hidrogênio e é fácil de transportar, ela pode ser enviada para um ponto de uso pretendido e depois "quebrada" para produzir hidrogênio puro que pode ser usado como fonte de combustível.

AMÔNIA AZUL

A amônia azul é feita a partir do nitrogênio, novamente retirado do ar, e do hidrogênio, derivado novamente de matérias-primas de gás natural, assim como na "Amônia Cinza". Após quase 100 anos, o processo de produção melhorou em eficiência, mas ainda é intenso em CO2. No entanto, o motivo pelo qual esse processo é identificado como "Amônia Azul" é devido ao que acontece com o subproduto de dióxido de carbono da produção de hidrogênio. 

Um método para reduzir o CO2 é capturá-lo e armazená-lo no subsolo ou usá-lo em algum outro processo. O armazenamento de CO2 é desafiador devido aos recursos necessários e ao espaço ou localização para armazenamento. O outro método sugerido é plantar árvores para compensar o CO2 que é liberado, o que parece uma ideia justa, uma vez que muitas árvores precisam ser substituídas devido a incêndios florestais ao longo dos últimos anos. Nesse caso, alguém tem que estimar o número de árvores a serem plantadas para compensar esperançosamente o CO2 que está sendo liberado. Isso teria que ser muitas árvores! 

Dependendo do combustível utilizado, da parcela de CO2 capturado e das emissões de metano a montante provenientes da exploração de gás natural, esse processo de "amônia azul" pode variar de claro a escuro, ou seja, de azul céu a azul-marinho. Ainda azul, mas potencialmente com muitos tons diferentes.

BLUE-GREEN AMMONIA OU TAMBÉM CONHECIDA COMO "AMÔNIA TURQUESA"

Como o nome sugere, este processo é uma combinação de produção de combustíveis fósseis e livre de carbono. Ainda há, dependendo do processo, liberação de CO2 que deve ser usado em outro processo ou capturado e armazenado. 

Neste processo, o metano é usado como matéria-prima, mas o processo é impulsionado pelo calor produzido com eletricidade sustentável e livre de carbono em vez da combustão de combustíveis fósseis. A pirólise de metano produz hidrogênio e carbono como saída, no entanto, ao contrário da reforma de metano com vapor (SMR), o carbono está na forma sólida em vez de gás. Como resultado, não há necessidade de captura e armazenamento de carbono e o carbono até pode ser usado em outras aplicações. Quando a eletricidade que impulsiona a pirólise é renovável, o processo é zero carbono, ou até mesmo carbono negativo se a matéria-prima for biometano em vez de metano fóssil (gás natural). 

A pirólise de metano reduz consideravelmente a necessidade de eletricidade, estimada em 10-20 kWh por kg de hidrogênio, em comparação com 60 kWh para a eletrólise. A produção de "Amônia Turquesa" pode ser uma boa alternativa para os processos de produção de amônia "Cinza" ou "Azul", especialmente à medida que o processo melhora, resultando em muito pouco ou nenhum carbono liberado.

Há um grande interesse e investimento em como produzir amônia com uma pegada de carbono muito menor ou zero. Independentemente da cor do processo de produção de amônia, para a indústria de refrigeração industrial, ainda teremos a amônia anidra que conhecemos e adoramos, que é um dos melhores refrigerantes disponíveis.

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Fonte: Revista IIAR Condenser Fevereiro 2023 disponível em: https://issuu.com/iiarcondenser/docs/03_condenser_feb23