Investigadores han diseñado una esponja flotante basada en MXene (Ti₃C₂) funcionalizada con grupos amino (-NH₂) (AMS). Si se logra una escalabilidad efectiva, ofrecerá una doble solución sostenible para la fabricación verde: purificar aguas residuales y proporcionar a los agricultores una fuente de nitrógeno esencial (NH₃) a bajo costo.

Hace más de un siglo, el proceso Haber-Bosch convirtió el nitrógeno atmosférico en fertilizante amoníaco, salvando al mundo del hambre inminente y valiendo el Nobel a sus inventores. Sin embargo, sigue siendo uno de los métodos más utilizados para sintetizar amoníaco, con alto consumo energético y emisiones de carbono: por cada tonelada de NH₃ recuperada se emiten 3,27 toneladas equivalentes de CO₂. Recuperar amoníaco de escorrentías agrícolas e industriales se ha convertido en una vía clave para reducir emisiones y aliviar la presión sobre la industria química.

Los resultados publicados en Nature Sustainability muestran que los investigadores pueden recuperar amoníaco con pureza del 99,8 % a una tasa de 0,6 mol/m²/h a partir de aguas residuales con cloruro de amonio (NH₄Cl) bajo una intensidad solar cinco veces superior a la normal, sin necesidad de productos químicos ni energía adicional. La esponja basada en MXene se regenera completamente en 15 minutos de luz solar y produce como subproducto ácido clorhídrico de valor económico.

El amoníaco es “salvador” en el lugar adecuado, pero en escorrentías y aguas residuales es un potente contaminante que daña la vida acuática. Solo en China se vierten anualmente más de 10 millones de toneladas de aguas residuales con NH₄⁺. La recuperación de NH₃ de aguas con NH₄⁺ depende de una reacción de hidrólisis reversible; los métodos tradicionales requieren exceso de productos químicos alcalinos y calentamiento eléctrico, mientras que el calentamiento solar interfacial ofrece una alternativa energéticamente eficiente mediante efecto fototérmico localizado.

Los investigadores aprovecharon esta ventaja proponiendo una estrategia de recuperación de amoníaco impulsada por energía solar con AMS flotante. La esponja crea bajo luz solar un entorno alcalino local reversible y calor interfacial; los grupos -NH₂ capturan iones H⁺ sin reactivos adicionales, permitiendo que NH₄⁺ se hidrolice a NH₃. El Ti₃C₂ de la esponja absorbe eficientemente la energía solar y la convierte en el calor necesario para evaporar NH₃, que luego se condensa y recoge.

El análisis de ciclo de vida y tecnoeconómico muestra ventajas ambientales y de costo significativas frente a métodos tradicionales. La estrategia solar emite solo 0,102 toneladas equivalentes de CO₂, 30 veces menos que el proceso Haber-Bosch tradicional. No obstante, los investigadores destacan la necesidad de más estudios para optimizar el diseño del material según características específicas de aguas residuales, estaciones, ubicaciones e industrias.