Las esponjas basadas en mxene flotables impulsan la recuperación de amoníaco de las aguas residuales. Crédito: NAT SUTENCE (2025). Doi: 10.1038/s41893-025-01609-6
La luz solar que brilla en flotadores especializados ahora puede producir combustible para las plantas recuperando el amoníaco de las aguas residuales. Los investigadores diseñaron una esponja basada (AMS) basada en mxeno (-nh2) flotable (AMS) que, cuando se escalan de manera eficiente, puede proporcionar dos soluciones sostenibles simultáneamente: limpiar las aguas residuales y proporcionar amoníaco (NH3), una fuente de nitrógeno esencial para las plantas, a los agricultores a un menor costo.
Hace más de un siglo, dos científicos salvaron al mundo de inminente hambre desarrollando el proceso Haber-Bosch, un método para convertir el nitrógeno en el aire en fertilizantes de amoníaco. A pesar de Haber, la mitad del dúo está involucrado con la guerra química durante la Primera Guerra Mundial, esta invención ganó a los científicos un Premio Nobel, que continúa mostrando la importancia del cultivo de alimentos. También es una materia prima fundamental para muchas industrias químicas.
El proceso Haber-Bosch sigue siendo uno de los métodos más comunes para la síntesis de amoníaco (NH3). Sin embargo, el proceso es hambriento de energía y da como resultado una considerable emisión de carbono: 3.27 toneladas de equivalente de CO2 se emiten por cada tonelada de recuperación de NH3.
La recuperación del amoníaco de la escorrentía agrícola e industrial podría ayudar a reducir los valores de emisiones y aliviar la presión sobre las industrias químicas para satisfacer la creciente demanda mundial, lo que equivale a más de cientos de millones de toneladas por año.
Según los hallazgos publicado En la sostenibilidad de la naturaleza, los investigadores pudieron recuperar el amoníaco a una velocidad de 0,6 mol/m2/h con un 99,8% de pureza utilizando aguas residuales de cloruro de amonio (NH4CL) bajo una intensidad de luz de 5-Sun, sin productos químicos o energía agregados.
Comparación de la recuperación tradicional de NH3 y la recuperación NH3 basada en energía solar diseñada. Crédito: NAT SUTENCE (2025). Doi: 10.1038/s41893-025-01609-6
La esponja a base de mxeno se regeneró completamente bajo 15 Sun y produjo ácido clorhídrico como un subproducto, otro químico económicamente valioso.
En los lugares correctos, el amoníaco es un salvador, pero cuando está presente en escorrentías y aguas residuales, este mismo químico actúa como un contaminante potente con la capacidad de interrumpir la vida acuática. Solo China descarga más de 10 millones de toneladas de aguas residuales que contienen NH4+en los sistemas hidrológicos anualmente.
Recuperando NH3 de las aguas residuales que contienen NH4+ bisagras en la reacción de hidrólisis reversible de NH4+ (NH4+ ⇌ NH3+ H+), gobernada por principios de equilibrio.
El objetivo es cambiar el equilibrio hacia una mayor producción de NH3, que generalmente se realiza eliminando o neutralizando la H+ en el lado del producto. Los métodos de recuperación convencionales requieren un exceso de productos químicos alcalinos y calentamiento eléctrico para cambiar el equilibrio de hidrólisis NH4+ hacia la producción de NH3.
Estudios recientes han demostrado que el calentamiento solar interfacial es una alternativa prometedora y eficiente en energía para la recuperación de amoníaco, que opera según el principio del efecto fototérmico localizado.
Ciclo de vida y análisis potencial global. Crédito: NAT SUTENCE (2025). Doi: 10.1038/s41893-025-01609-6
Al aprovechar las ventajas del calentamiento solar interfacial, los investigadores propusieron una estrategia de recuperación de amoníaco impulsada por la energía solar utilizando AMS flotable.
La esponja creó un ambiente alcalino local reversible y calor interfacial en la superficie del agua bajo la luz solar. Al flotar en la superficie, los grupos ‒H2 injertados en la esponja capturaron los iones H+ sin reactivos agregados, lo que permite la hidrólisis de NH4+ en NH3.
El TI3C2 en los flotadores ayudó con la absorción eficiente de la energía solar y la conversión en calor requerido para evaporar NH3, que se recolectó más tarde a través de la condensación.
El ciclo de vida y los análisis technoeconómicos revelaron importantes ventajas ambientales y de costos sobre los enfoques convencionales. Por ejemplo, esta estrategia de recuperación impulsada por energía solar emitió solo 0.102 toneladas de equivalente de CO2, que es 30 veces más bajas emisiones en comparación con el proceso de Haber-Bosch convencional.
Los investigadores enfatizan la necesidad de más estudios para optimizar los diseños de materiales adaptados a características específicas de aguas residuales, estaciones, ubicaciones y tipos de la industria.
Escrito para usted por nuestro autor Sanjukta Mondaleditado por Sadie Harleyy verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Qi Zhang et al, recuperación de amoníaco eficiente y selectiva impulsada por energía solar de aguas residuales que contienen amonio, sostenibilidad de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41893-025-01609-6
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Cita: las esponjas flotantes pueden recuperar el amoníaco de las aguas residuales usando el Sol (2025, 5 de agosto) recuperado el 5 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-vongas-recover-amonia-wastewater-sun.html
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