L’ammoniaca prodotta dai fulmini sotto forma di gas è un metodo nuovo e più efficiente che ci avvicina alla produzione sostenibile di ammoniaca e alla transizione verso un’economia basata sull’idrogeno.
I ricercatori dell’Università di Sydney hanno sfruttato i fulmini artificiali per sviluppare un metodo più efficiente per generare ammoniaca, una delle sostanze chimiche più importanti al mondo.
L’ammoniaca è anche l’ingrediente principale dei fertilizzanti che rappresentano quasi la metà dell’intera produzione alimentare mondiale.
Il team ha sviluppato con successo un metodo più semplice per produrre ammoniaca (NH3) in forma gassosa.
Precedenti tentativi di altri laboratori producevano ammoniaca in soluzione (ammonio, NH4+) , che richiede più energia e processi per trasformarla nel prodotto gassoso finale.
L’attuale metodo per generare ammoniaca, il processo Haber-Bosch, ha un impatto climatico elevato, con un’enorme impronta di carbonio. Inoltre, per renderlo economicamente conveniente, deve essere realizzato su larga scala e in prossimità di fonti di gas naturale a basso costo. Un tempo l’ammoniaca naturale (presente soprattutto negli escrementi degli uccelli) era così richiesta da alimentare guerre. L’invenzione del processo Haber-Bosch nel XIX secolo rese possibile la produzione di ammoniaca artificiale e rivoluzionò l’agricoltura e l’industria moderne. Attualmente, il 90% della produzione globale di ammoniaca si basa sul processo Haber-Bosch.
“L’interesse dell’industria per l’ammoniaca è in continua crescita. Nell’ultimo decennio, la comunità scientifica globale, incluso il nostro laboratorio, ha cercato di scoprire un modo più sostenibile per produrre ammoniaca che non richieda l’uso di combustibili fossili. Attualmente, la produzione di ammoniaca richiede una produzione centralizzata e il trasporto a lunga distanza del prodotto. Abbiamo bisogno di un’ammoniaca verde a basso costo, decentralizzata e scalabile“, ha affermato il ricercatore principale, il Professor PJ Cullen della Facoltà di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell’Università di Sydney e del Net Zero Institute. Il suo team lavora alla produzione di “ammoniaca verde” da sei anni.
“In questa ricerca abbiamo sviluppato con successo un metodo che consente di convertire l’aria in ammoniaca allo stato gassoso utilizzando l’elettricità. Un enorme passo avanti verso i nostri obiettivi.” La ricerca è stata pubblicata nell’edizione internazionale di AngewandteChemie.
L’ammoniaca contiene tre molecole di idrogeno, il che significa che può essere utilizzata come efficace vettore e fonte di idrogeno come fonte di energia, e potenzialmente anche come mezzo efficace per immagazzinare e trasportare l’idrogeno. Gli enti del settore hanno scoperto di poter accedere all’idrogeno “cracking” dell’ammoniaca per separarne le molecole e utilizzarlo.
Grazie alla sua composizione chimica, l’ammoniaca è un ottimo candidato per l’uso come combustibile privo di emissioni di carbonio. Questo ha attirato l’interesse del settore navale, responsabile di circa il 3% delle emissioni globali di gas serra. “L’interesse dell’industria per l’ammoniaca è in continua crescita. In questa ricerca abbiamo sviluppato con successo un metodo che consente di convertire l’aria in ammoniaca allo stato gassoso utilizzando l’elettricità. “ – Professor PJ Cullen
Il nuovo metodo del team del professor Cullen per generare ammoniaca sfrutta la potenza del plasma, elettrificando o eccitando l’aria. La “stella” del processo è un elettrolizzatore a membrana, una scatola d’argento apparentemente anonima, dove avviene la conversione in ammoniaca gassosa.
Nel processo Haber-Bosch, l’ammoniaca (NH3) viene prodotta combinando gas di azoto (N2) e idrogeno (H2) ad alte temperature e pressioni in presenza di un catalizzatore (una sostanza che accelera una reazione chimica). Il metodo basato sul plasma sviluppato dal team del Professor Cullen utilizza l’elettricità per eccitare le molecole di azoto e ossigeno presenti nell’aria. Il team trasferisce poi queste molecole eccitate all’elettrolizzatore a membrana per convertirle in ammoniaca.
I ricercatori hanno affermato che questo è un percorso più semplice per la produzione di ammoniaca. Il professor Cullen ha affermato che i risultati segnano una nuova fase nella produzione di ammoniaca verde. Il team sta ora lavorando per rendere il metodo più efficiente dal punto di vista energetico e competitivo rispetto al processo Haber-Bosch.
“Questo nuovo approccio è un processo in due fasi, che combina plasma ed elettrolisi. Abbiamo già reso la componente plasma sostenibile in termini di efficienza energetica e scalabilità. Per creare una soluzione più completa per una produzione sostenibile di ammoniaca, dobbiamo migliorare l’efficienza energetica del componente elettrolizzatore“, ha affermato il professor Cullen.
Il Professor PJ Cullen e il Dott. Tianqi Zhang sono associati a PlasmaLeap Technologies, un’azienda con interessi commerciali nella sintesi di ammoniaca tramite plasma. La tecnologia PlasmaLeap non è stata utilizzata in questo studio. Gli altri autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
fonte: Università di Sydney, nella foto l’elettrolizzatore a membrana, fondamentale per la conversione in ammoniaca gassosa. Crediti: PJ Cullen
