La produzione di ammoniaca, elemento chiave per fertilizzanti e industrie chimiche, è al centro di una nuova sperimentazione che utilizza plasma ad alta energia e un elettrolizzatore a membrana per ricavare NH3 direttamente dall’aria, senza passare dai tradizionali processi ad alto impatto ambientale. Questa tecnologia, sviluppata in Australia, apre la strada a una produzione più sostenibile di ammoniaca, riducendo consumi energetici e emissioni di CO2.
Il ruolo cruciale dell’ammoniaca nelle industrie e le sfide ambientali della sua produzione
L’ammoniaca si presta a molteplici usi, dalla produzione di fertilizzanti alle materie plastiche, fibre sintetiche ed esplosivi. In prospettiva, questa sostanza potrebbe emergere anche come combustibile nel campo della transizione energetica. La domanda globale per l’ammoniaca resta stabile o in crescita e così cresce l’attenzione alla sua produzione sostenibile.
Il metodo industriale più comune, il processo Haber-Bosch, sintetizza ammoniaca a partire dall’azoto atmosferico e dall’idrogeno, operando ad alte temperature e pressioni. Per ottenere l’azoto si utilizza la distillazione frazionata dell’aria, sottoponendola a raffreddamento estremo per liquefarla e separarla dalle altre componenti. L’idrogeno, invece, deriva per lo più dal reforming del metano con vapore o dalla gassificazione del carbone, pratiche che generano grandi quantità di anidride carbonica.
Questo sistema assorbe circa il 2% dell’energia globale disponibile. Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia, la produzione globale di ammoniaca genera emissioni dirette di CO2 per circa 450 milioni di tonnellate ogni anno, un volume paragonabile al totale delle emissioni energetiche di interi Paesi come il Sudafrica.
La nuova tecnica sperimentata dall’università di sydney per produrre ammoniaca dall’aria
Un gruppo di studiosi della Facoltà di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell’Università di Sydney ha elaborato un sistema che sfrutta plasma ad alta energia e un elettrolizzatore a membrana per produrre ammoniaca gassosa direttamente dall’aria, usando elettricità come fonte primaria.
Principio e funzionamento
Il principio base consiste nell’eccitare le molecole di azoto e ossigeno nell’aria grazie al plasma, simile a fulmini artificiali, un passaggio che rompe le molecole e le rende più reattive. Queste molecole stazionano poi nell’elettrolizzatore a membrana, dove interagiscono con l’acqua per generare NH3. Il flusso di produzione registrato raggiunge valori di 628 nanomoli al secondo per centimetro quadrato, con un’efficienza faradica vicina al 100%, che indica una conversione quasi completa di elettroni in ammoniaca.
Questo metodo elimina la necessità di raffreddamento e purificazione dell’aria e la produzione di idrogeno da fonti fossili, riducendo così le emissioni e il costo energetico associato al processo Haber-Bosch. Il team australiano ha sottolineato che la sperimentazione rappresenta “un passo significativo verso una produzione a basso impatto climatico.”
Sfide e prospettive per una produzione di ammoniaca a basso impatto ambientale
Nonostante i risultati incoraggianti, il lavoro non è terminato. Il gruppo di ricerca guidato dal professor PJ Cullen sta lavorando per ottimizzare il consumo energetico del processo, cercando di renderlo competitivo su scala industriale rispetto al metodo tradizionale.
L’obbiettivo è triplice: ridurre ulteriormente l’energia richiesta, aumentare la produttività e abbassare i costi di esercizio per favorire una rapida adozione del nuovo sistema. Oggi la maggior parte dell’idrogeno industriale proviene ancora da fonti fossili e ciò limita l’effetto positivo sulla riduzione delle emissioni. Introdurre un metodo che sfrutti direttamente l’aria, senza passaggi intermedi e con elettricità rinnovabile, cambierebbe radicalmente le carte in tavola.
Ricerche correlate e sviluppi futuri
La ricerca, pubblicata sull’edizione internazionale della rivista Angewandte Chemie, aggiunge un tassello importante nella ricerca di ammoniaca verde. L’attenzione si sposta ora sulla scalabilità e sull’effettiva integrazione di questa tecnologia nelle infrastrutture esistenti del comparto chimico.
Progetti paralleli, come quello del MIT che esplora la produzione di ammoniaca in ambienti geotermici, indicano un interesse crescente verso metodi alternativi, abbassando la dipendenza da fonti energetiche fossili e puntando verso soluzioni meno impattanti per l’ambiente.
