Un catalizador de un solo átomo de plata convierte residuos tóxicos en fertilizante útil

Un equipo de científicos australianos ha logrado lo que parecía imposible: convertir residuos contaminantes en fertilizante con la ayuda de un solo átomo de plata. El hallazgo, publicado en la revista Applied Catalysis B: Environment and Energy, marca un hito en la ingeniería química sostenible, ofreciendo una solución simultánea a dos de los mayores desafíos globales: la contaminación por nitratos y la escasez de recursos agrícolas.

El nuevo catalizador desarrollado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) permite transformar residuos nitrogenados de baja concentración, presentes en la escorrentía agrícola o en aguas residuales mineras, en amonio, un componente esencial de los fertilizantes líquidos. A diferencia de los sistemas de tratamiento biológico tradicionales —que suelen convertir los nitratos en gas nitrógeno sin valor comercial—, esta tecnología recupera los compuestos y los reintegra en el ciclo económico.

“Nuestro trabajo demuestra cómo los materiales basados en carbono pueden ser diseñados a nivel atómico para convertir los nitratos residuales en amoníaco valioso utilizando cantidades extremadamente bajas de átomos de plata”, explicó el Dr. Thanh Son Bui, autor principal del estudio y miembro de la Escuela de Ingeniería Química de la UNSW.

El catalizador utiliza una red de carbono y nitrógeno en la que se incrustan átomos individuales de plata, responsables de desencadenar una secuencia “coreografiada” de reacciones químicas que convierten los nitratos en amonio. Sorprendentemente, la plata constituye apenas el 0,1% del material total, pero su colocación estratégica es clave: demasiada plata provoca la formación de hidrógeno, y muy poca impide la reacción completa. Encontrar este equilibrio “de Ricitos de Oro”, como lo describen los autores, requirió un control subatómico sin precedentes.

Del residuo tóxico al recurso renovable

El impacto de esta innovación trasciende la producción de fertilizantes. Según el Dr. Rahman Daiyan, investigador principal del Centro de Excelencia para la Ciencia e Innovación del Carbono, el desarrollo ofrece una solución inmediata a la contaminación por nitratos, especialmente en operaciones mineras y agrícolas.

En la minería, los explosivos a base de nitrato dejan tras de sí enormes presas de relaves cargadas con contaminantes solubles que se filtran hacia los ecosistemas. “Si no se tratan, estos compuestos pueden transformarse en óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 290 veces más potente que el dióxido de carbono”, explicó Daiyan. El nuevo catalizador bloquea esa conversión, reduciendo drásticamente el riesgo climático y mejorando la calidad del agua.

El sistema no solo previene la contaminación, sino que además genera un producto comercializable: el amonio. Esto abre la puerta a una economía circular, donde las empresas industriales pueden recuperar valor económico mientras limpian sus residuos. “El proceso tiene un doble beneficio: elimina contaminantes dañinos y produce fertilizantes listos para su uso agrícola”, añadió Daiyan.

La Dra. Emma Lovell, también investigadora principal del Centro, destacó que el catalizador es altamente escalable, a pesar de la precisión técnica requerida para su fabricación. “Estamos demostrando que la catálisis de un solo átomo no es solo ciencia de laboratorio, sino una herramienta práctica y replicable a escala industrial”, afirmó.

Hacia una nueva economía del nitrógeno

Los investigadores están colaborando con socios comerciales para desarrollar aplicaciones industriales y realizar modelos tecnoeconómicos que permitan evaluar el potencial de implementación global. En la práctica, la tecnología podría aplicarse en plantas de tratamiento de aguas residuales, operaciones mineras, industrias químicas y explotaciones agrícolas que buscan reducir su huella ambiental.

El proyecto forma parte de una tendencia creciente en la ciencia de materiales: el uso de catálisis de átomo único para procesos químicos ultraselectivos y sostenibles. Estos avances, que manipulan los materiales a escala atómica, están redefiniendo los límites de la ingeniería verde y permitiendo reacciones antes consideradas ineficientes o imposibles.

Además del impacto económico, el descubrimiento tiene implicaciones ambientales de largo alcance. La gestión del nitrógeno es una de las áreas críticas de la sostenibilidad global: la producción excesiva de fertilizantes industriales, junto con la contaminación por escorrentía agrícola, contribuye al desequilibrio de los ecosistemas acuáticos y a la emisión de gases de efecto invernadero. Este nuevo método podría equilibrar la balanza al reciclar el nitrógeno existente en lugar de extraer o sintetizar más.

El avance de la UNSW es, en esencia, una muestra del poder de la ingeniería de precisión aplicada a problemas globales. Un solo átomo —invisible incluso para la mayoría de los microscopios— podría ser la pieza faltante para cerrar el ciclo del nitrógeno y construir un modelo industrial verdaderamente sostenible.