Fritz Haber’s work on the fixation of nitrogen from the air, for which he was given the Nobel Prize in Chemistry (awarded in 1919), is one of the most important contributions to the development of the world as we know it. Annually, c.a. 200 million tons of ammonia are produced industrially by the Haber-Bosch process, using N2 (from air) and H2 (from natural gas). Most of this ammonia is for the production of fertilisers, which sets one of the bases of modern society upon which relies the capacity to feed a population of 7 000 Million. Yet, the traditional production route depends on methane, being highly intensive in the use of energy and emitting large quantities of CO2. Heterogeneous photocatalysis is proposed as a sustainable alternative technology for producing ammonia by renewable sources, including nitrogen from air, water, metal-free catalysts and ideally sunlight for reaction activation. Portugal is one of the European countries with higher insolation levels. The opportunity for the potentiation of photo-assisted technologies, can constitute a strategic line for the development and differentiation of the country as regards environmental-friendly industrial solutions and energy self-reliance. Graphite-like carbon nitride (g-C3N4), recently attracted much attention because of its similarity to graphene and its properties as an optical semiconductor. Compared to TiO2, g-C3N4 presents a smaller bandgap of 2.7 eV, corresponding to an absorption up to 450 nm, which represents a great advantage for solar-driven processes. Modifications on carbon nitride will be carried out for introducing reducing sites for N2 conversion to NH3, including exfoliation, thermal post-tratment at controled atmosphere and hard-templating. The photoreactor configuration is a key feature for the industrial feasibility of the new method for NH3 production. The present project targets the development of novel multifunctional photoreactor configurations for NH3 production designed with advanced multiphysics tools that combine Computational Fluid Dynamics (CFD) and simulation of radiation. A unitary element of the reactor, will be simulated using CFD tools in order to optimize the photocatalytic performance of the system and geometric parameters. The unitary element will be repeated in a network to generate a strucutred reactor. Simulations of hydrodynamics, mass transfer, chemical reaction and radiation will be performed to obtain the best structure configuration. The structured multifunctional photoreactors designed with CFD will be developed following two strategies: the 3DImmobCat in which carbon nitride materials are deposited as films over 3D micro/meso-structured surfaces; and the 3DStructCat where the catalyst is blended in the resins for the reactor manufacturing as 3D structured scaffolds. Both solutions, 3DImmobCat and 3DStructCat, will be tested using additive manufacturing fabrication technology. Optimized 3DImmobCat structures will be fabricated with a 3D stereolithography (SLA) printer, and coated with carbon nitride photocatalysts. 3DStructCat scaffolds will be produced using carbon nitride photocatalysts as inks in a Direct Ink Writing (DIW) extruder. The NH3 production in the structured photocatalytic reactors will be then tested and optimized in order to assess the maximum conversion and selectivity. The experimental data will enable the validation of the CFD simulations. Lastly, the industrial process for NH3 production using SuN2Fuel technology will be integrated using process simulators. At the end of the project, an estimate of the implementation costs of this technology in the industry will be presented. Particular attention will be paid to investment costs for the reactors manufacturing, considering AM, reactive polymerisation techniques (RIM and RTM) or thermoplastic injection. The usage of sunlight for massive production of NH3 for fuel is going to be analysed by Plafatorma Solar de Almeria and consulting company Carbon-Neutral Consulting. The SuN2Fuel assesses experimentaly the utilization of the NH3 stream in fuel-cells, and uses these results in the integrated process simulation. The existing ammonia stripping technologies to obtain the NH3 stream are also considered in the process simulators. This is a multidisciplinary project, which benefits from the synergies generated from a team with relevant academic and industrial experience on materials science, photocatalysis, fuel cells, solar technologies, and process simulation and engineering. The ultimate goal is the development of two prototypes with different configurations, the 3DImmobCat and the 3DStructCat, that can be easily implemented as industrial reactors for ammonia production using sustainable resources (water and air), cost-effective catalysts (carbon nitride-based materials) and energy-efficiency light sources (LEDs or sunlight). O trabalho de Fritz Haber sobre a fixação do nitrogénio do ar, pelo qual recebeu o Prémio Nobel de Química (concedido em 1919), é uma das contribuições mais importantes para o desenvolvimento do mundo como o conhecemos. Anualmente, c.a. 200 milhões de toneladas de amoníaco são produzidas industrialmente pelo processo de Haber-Bosch, usando N2 (do ar) e H2 (do gás natural). A maior parte deste amoníaco destina-se à produção de fertilizantes, que constitui uma das bases da sociedade moderna sobre a qual assenta a capacidade de alimentar uma população de 7 000 milhões. No entanto, a rota tradicional de produção depende do metano, sendo altamente intensiva no uso de energia e emitindo grandes quantidades de CO2. O nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) tem atraído muita atenção devido à sua semelhança com o grafeno e suas propriedades como semicondutor óptico. Comparado ao TiO2, o g-C3N4 apresenta um bandgap menor de 2,7 eV, correspondendo a uma absorção de até 450 nm, o que representa uma grande vantagem para processos que utilzam energia solar. Serão realizadas modificações ao nitreto de carbono para a introdução de sítios redutores para conversão de N2 em NH3, incluindo esfoliação, pós-tratamento térmico em atmosfera controlada e " hard-templating ". A configuração do fotorreator é uma característica fundamental para a viabilidade industrial do novo método de produção de NH3. O presente projeto visa o desenvolvimento de novas configurações de fotorreatores multifuncionais para produção de NH3 projetadas com ferramentas multifísicas avançadas que combinam Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) e simulação de radiação. Um elemento unitário do reator, será simulado usando ferramentas CFD a fim de otimizar o desempenho fotocatalítico do sistema e parâmetros geométricos. O elemento unitário será repetido em rede para gerar um reator estruturado. Simulações de hidrodinâmica, transferência de massa, reação química e radiação serão realizadas para obter a melhor configuração da estrutura. Os fotorreatores multifuncionais estruturados projetados com CFD serão desenvolvidos seguindo duas estratégias: o 3DImmobCat no qual materiais de nitreto de carbono são depositados como filmes sobre superfícies 3D micro/mesoestruturadas; e o 3DStructCat onde o catalisador é misturado nas resinas para a fabricação do reator como andaimes estruturados em 3D. Ambas as soluções, 3DImmobCat e 3DStructCat, serão testadas usando tecnologia de fabricação de manufatura aditiva. As estruturas 3DImmobCat otimizadas serão fabricadas com uma impressora de estereolitografia 3D (SLA) e revestidas com fotocatalisadores de nitreto de carbono. Os scaffolds 3DStructCat serão produzidos usando fotocatalisadores de nitreto de carbono como tintas em uma extrusora de Direct Ink Writing (DIW). A produção de NH3 nos reatores fotocatalíticos estruturados será então testada e otimizada para avaliar a máxima conversão e seletividade. Os dados experimentais permitirão a validação das simulações CFD. Por fim, o processo industrial de produção de NH3 com a tecnologia SuN2Fuel será integrado por meio de simuladores de processo. No final do projeto, será apresentada uma estimativa dos custos de implementação desta tecnologia na indústria. Será dada especial atenção aos custos de investimento para a fabricação dos reatores, considerando AM, técnicas de polimerização reativa (RIM e RTM) ou injeção de termoplásticos. O uso da luz solar para a produção massiva de NH3 para uso como combustível será analisado com a Plafatorma Solar de Almeria e a empresa de consultoria Carbon-Neutral Consulting. O SuN2Fuel avalia experimentalmente a utilização do fluxo de NH3 em células a combustível e utiliza esses resultados na simulação integrada do processo. As tecnologias de remoção de amónia existentes para obter o fluxo de NH3 também são consideradas nos simuladores de processo. Este é um projeto multidisciplinar, que se beneficia das sinergias geradas por uma equipa com experiência relevante académica e industrial em ciência de materiais, fotocatálise, células a combustível, tecnologias solares e simulação e engenharia de processos. O objetivo final é o desenvolvimento de dois protótipos com configurações diferentes, o 3DImmobCat e o 3DStructCat, que podem ser facilmente implementados como reatores industriais para produção de amoníaco utilizando recursos sustentáveis ??(água e ar), catalisadores económicos (materiais à base de nitreto de carbono) e fontes de luz energeticamente eficientes (LEDs ou luz solar).