Sviluppato un processo che unisce plasma ad alta energia ed elettrolisi per produrre NH3 direttamente dall'aria
Produrre ammoniaca dall’aria è possibile e facile
È l’ingrediente base dei fertilizzanti, ma ha un ruolo anche nella produzione di materie plastiche, esplosivi, fibre sintetiche e, nel futuro a medio termine, come combustibile della transizione energetica. Parliamo dell’ammoniaca (NH3), un prodotto di cui il mondo avrà sempre più bisogno, a patto di riuscire ad abbassarne il peso emissivo. Come? Una delle alternative è produrre ammoniaca dall’aria attraverso una sorta di fulmini artificiali.
Suona come un tentativo incredibile e invece è il processo testato e ottimizzato da alcuni ricercatori dell’Università di Sydney, in Australia. Il team ha messo a punto un metodo per produrre NH3 in forma gassosa che sfrutta la potenza del plasma, un percorso più semplice dell’attuale processo industriale e soprattutto con un minor impatto climatico.
Come viene prodotta l’ammoniaca oggi
“L’interesse dell’industria per l’ammoniaca è in continua crescita. Nell’ultimo decennio, la comunità scientifica globale, incluso il nostro laboratorio, si è impegnata a scoprire un modo più sostenibile per produrre ammoniaca che non richieda l’uso di combustibili fossili”, ha spiegato il ricercatore principale, il Professor PJ Cullen della Facoltà di Ingegneria Chimica e Biomolecolare.
Attualmente la produzione di ammoniaca dipende in larga misura dai combustibili fossili e rappresenta circa il 2% del consumo energetico totale del Pianeta. La tecnica chiave per ottenerla è il processo Haber-Bosch che sintetizza direttamente l’NH3 catturando l’azoto atmosferico e facendolo reagire ad alte temperature e pressioni con l’idrogeno. Nel dettaglio, l’azoto si ottiene tramite la distillazione frazionata dell’aria, che viene liquefatta (raffreddandola a temperature inferiori a -200° Celsius) e sottoposta a filtrazione per eliminare carbonio, ossigeno e tracce di gas.
L’impatto energetico della produzione di NH3
A pesare sui consumi energetici è ovviamente anche l’origine dell’idrogeno. Circa il 70% degli impianti industriali lo genera tramite reforming del metano con vapore, mentre la maggior parte della quota restante si affida alla gassificazione del carbone. Solo una piccolissima parte oggi si affida all’idrogeno verde prodotto da elettrolisi dell’acqua. È facilmente intuibile, dunque, che si tratti di un settore ad alta intensità di emissioni.
Secondo le stime riportate dall’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), le emissioni dirette derivanti dalla produzione di ammoniaca ammonterebbero attualmente a 450 Mt di CO2. “Un’impronta equivalente alle emissioni totali del sistema energetico del Sudafrica”, sottolinea la IEA.
Un nuovo approccio alla produzione di ammoniaca
Il lavoro dell’ateneo australiano ha permesso di semplificare il tutto, riuscendo a produrre ammoniaca direttamente dall’aria. “In questa ricerca abbiamo sviluppato con successo un metodo che permette di convertire l’aria in ammoniaca allo stato gassoso utilizzando l’elettricità. Un enorme passo avanti verso i nostri obiettivi.”
Il metodo del team sfrutta plasma ad alta energia, utilizzando l’elettricità per eccitare le molecole di azoto e ossigeno presenti nell’aria. Queste molecole eccitate vengono poi destinate all’elettrolizzatore a membrana insieme all’acqua per ottenere ammoniaca gassosa. Il processo raggiunge una significativa velocità di produzione di ammoniaca pari a 628 nmol/s per cm², insieme a un’efficienza faradica di quasi il 100%.
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. La ricerca è stata pubblicata nell’edizione internazionale di AngewandteChemie.
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