La produzione annuale di ammoniaca nel mondo ha raggiunto le 150 milioni di tonnellate nel 2019. Con l'aumento della popolazione globale, la domanda di ammoniaca raggiungerà i 350 milioni di tonnellate all'anno entro il 2050. Si prevede un'ulteriore crescita della domanda per il suo utilizzo come vettore energetico o combustibile. Un mercato imponente, fondamentale per la produzione di fertilizzanti, ma anche drammaticamente insostenibile per l’ambiente: le tecnologie produttive attuali sono infatti estremamente inquinanti, e producono quasi 2 tonnellate di anidride carbonica per ogni tonnellata di ammoniaca. Un futuro più verde però è possibile: molti gruppi di ricerca sono al lavoro per ideare un processo di produzione dell’ammoniaca che sia al contempo efficiente, conveniente ed ecosostenibile.
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La propulsione delle navi con carburante a base di ammoniaca “verde” è una delle possibili applicazioni del processo di produzione messo a punto dagli scienziati della Monash University australiana che sono riusciti ad abbattere le emissioni di CO2 finora ritenute non riducibili in modo significativo nella realizzazione del prodotto.
La ricerca, pubblicata su Science, ci porta un passo più vicini al risultato, descrivendo il nuovo procedimento basato sull’utilizzo dei sali di fosfonio, che permetterebbe di realizzare reattori per la produzione di ammoniaca a emissioni zero, e non più grandi di un comune frigorifero.
L'ammoniaca (NH3) è considerata una delle principali fonti (80%) per la produzione di fertilizzanti in campo agricolo con enormi dispersione di CO2. Colpa di una tecnica di produzione industriale basata sul cosiddetto processo Haber-Bosch, - basato sulla reazione tra azoto e idrogeno e il gas naturale - che prevede l’utilizzo di alte temperature (rendendo necessario un impianto industriale) e ha come risultato il rilascio di una quantità di anidride carbonica superiore a quella di ammoniaca che si vuole ottenere (pari all'1,8% delle emissioni globali). Per questo si lavora a tecniche alternative basate su processi di ossidoriduzione elettrochimica, che permetterebbero di produrre ammoniaca a temperatura ambiente, e senza alcuna emissione di anidride carbonica. I tentativi effettuati fino ad oggi non hanno mai permesso di ottenere quantità consistenti di ammoniaca, per via di un limite tecnico difficile da superare: la reazione necessita di una fonte di protoni, solitamente una molecola di etanolo, che viene però “sacrificata”, cioè consumata nel processo, limitando la resa della reazione.
Secondo quanto affermano i ricercatori australiani guidati dal professor Doug MacFarlane, Bryan Suryanto e Alexandr Simonov, il sistema permetterebbe di produrre ammoniaca e fertilizzanti attraverso l’energia rinnovabile, in contenitori utilizzabili anche da piccole aziende agricole o comunità rurali. Inoltre, la sintesi diretta dell’ammoniaca può essere fatta a temperatura ambiente e con pressioni simili a quella atmosferica, utilizzando sali di fosfonio, aria, acqua ed energia da fonti rinnovabili.
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Il professor MacFarlane, chimico di fama internazionale, ritiene che l'uso di queste tecnologie potrebbe facilmente permettere di utilizzare l’ammoniaca come combustibile e concorrere fortemente alla sostituzione dei carburanti fossili entro il 2050. L'ammoniaca è già ampiamente considerata il combustibile a zero emissioni di carbonio ideale per la navigazione internazionale in futuro, un mercato che si prevede valga più di 150 miliardi di dollari entro il 2025.
Se la nuova scoperta fornirà la spinta sperata a queste nuove tecnologie produttive, Suryanto immagina un futuro in cui l’ammoniaca potrà essere prodotta direttamente dove serve, nei terreni agricoli che devono utilizzarla come fertilizzante, o in impianti industriali a impatto zero, che utilizzeranno energie rinnovabili, come quella solare, dove sono più disponibili, ed esporteranno poi il prodotto finito, a impatto zero, verso gli impianti di produzione dei fertilizzanti.
"La tecnologia che abbiamo sviluppato apre anche un'ampia gamma di possibilità per la scalabilità futura fino a grandi impianti di produzione per l'esportazione, collegati a parchi solari ed eolici dedicati", ha affermato il professor MacFarlane. "Impianti che potrebbero essere ubicati in luoghi ideali per la generazione di energie rinnovabili, come le aree settentrionali dell'Australia occidentale. "Le nostre scoperte sono state concesse in licenza a un nuovo spin-out Monash chiamato Jupiter Ionics P/L che realizzerà diversi processi di produzione scalabili per dimostrare il funzionamento nelle più disparate applicazioni commerciali”, ha concluso MacFarlane.
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Dal canto suo il professor Jordan Nash, docente della Monash University, ha ribadito che lo studio rappresenta un importante contributo allo sviluppo di un combustibile sostenibile per il futuro, particolarmente adatto per la propulsione delle navi trasporto.
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