El catalizador utiliza un método de unión único para convertir el gas de nitrógeno en amoníaco, que es el ingrediente clave en los fertilizantes a base de nitrógeno esencial para el crecimiento de los cultivos. Entre el 75% y el 90% de las 240 millones de toneladas de amoníaco producidas a nivel mundial cada año se usa para fertilizantes.

Actualmente, la mayoría de los amoníaco se producen utilizando el proceso Haber-Bosch, que convierte el nitrógeno del aire en amoníaco. Sin embargo, el proceso es extremadamente intensivo en energía. La reacción, que funciona a temperaturas de alrededor de 500 ° C y a presiones de hasta aproximadamente 20 MPa, representa aproximadamente el 1% del uso total de energía del mundo.

En 2010, generó hasta aproximadamente 451 millones de toneladas de CO2, según el Instituto de Productividad Industrial. Esto también representa aproximadamente el 1% de las emisiones anuales de CO2 globales, que es más que cualquier otra reacción química.

Para que el proceso sea más sostenible, los científicos han mirado hacia la naturaleza, que utiliza enzimas llamadas nitrogenasas. Sin embargo, estos procesos biológicos son difíciles de replicarse a escala industrial.

«Todos los catalizadores moleculares desarrollados hasta ahora típicamente unen las moléculas de nitrógeno, que están compuestas por dos átomos de nitrógeno unidos, a un solo centro de metal en una disposición lineal ‘final'», dijo la profesora Marinella Mazzanti en EPFL.

Los científicos crearon una molécula especial al combinar uranio con otro compuesto químico, lo que le permitió mantener el gas nitrógeno de lado. Luego agregaron electrones uno por uno, rompiendo gradualmente el fuerte enlace entre los dos átomos de nitrógeno.

Mientras estudiaban el proceso, crearon diferentes formas de nitrógeno, y finalmente lo dividieron en dos iones de nitruro separados.

En sus experimentos, el catalizador a base de uranio pudo convertir repetidamente el gas de nitrógeno en amoníaco, hasta 8.8 veces por ciclo. Mientras aún está en las primeras etapas, esto muestra que el uso del método «lateral» de unión al nitrógeno, que es similar a cómo funcionan las enzimas en la naturaleza, podría ser más sostenible.