Innovazioni nella produzione di ammoniaca ecologica
L’ammoniaca è considerata il «carburante verde» dal costo più basso ed è ritenuta dall’industria navale una possibile soluzione per la decarbonizzazione delle flotte. L’ammoniaca ecologica può essere prodotta con impianti Haber-Bosch (HB) alimentati da energie rinnovabili. Il processo HB converte l’azoto atmosferico in ammoniaca facendo reagire l’idrogeno con il ferro metallico, ma nonostante i bassi consumi energetici è conveniente solo su scale molto grandi e non è adatto alle piccole produzioni.
Produzione di ammoniaca decentralizzata su piccola scala
«In questo progetto, volevamo abbandonare i grandi impianti di ammoniaca centralizzati, che hanno un alto consumo energetico e producono molte emissioni di CO2, per passare a impianti di produzione di ammoniaca decentralizzati su scala ridotta», spiega il coordinatore del progetto ORACLE Emil Drazevic, dell’Università di Aarhus in Danimarca. «Per essere veramente rinnovabile, anche l’elettricità impiegata deve essere prodotta da fonti rinnovabili come le turbine eoliche e le celle solari fotovoltaiche.» L’idea è che un modello decentralizzato di produzione di ammoniaca potrebbe aiutare i piccoli utenti a usare questo prodotto come combustibile rinnovabile, magari per alimentare apparecchiature elettriche e riscaldare gli edifici, il tutto senza produrre CO2.
Metodi al plasma, elettrocatalitici e catalitici
Per dimostrare la fattibilità della produzione di ammoniaca ecologica, il progetto ORACLE ha riunito otto partner, tra cui due centri di ricerca giapponesi. «Questo progetto era insolitamente complesso perché volevamo collaudare non solo una, ma tre tecnologie diverse», spiega Drazevic. «Abbiamo scelto un metodo basato sul plasma, uno elettrocatalitico e uno puramente catalitico.» Il progetto ha costruito piccoli prototipi di reattori per sintetizzare l’ammoniaca secondo i tre approcci individuati, da cui sono emerse alcuni approfondimenti importanti. Ad esempio, l’approccio catalitico (il processo HB), che produce calore in modo simile a quello di un fornello a induzione, si è dimostrato altamente efficiente. Anche i reattori al plasma e quelli elettrocatalitici hanno superato le aspettative in termini di produzione, ma con un’efficienza energetica inferiore e un consumo energetico più alto. «Una delle cose più importanti che abbiamo imparato è che, oltre alla sorgente di plasma, la geometria del reattore, nel metodo al plasma, deve essere adattata per ridurre il consumo energetico», aggiunge Drazevic. «Abbiamo anche capito che il consumo di energia nel metodo elettrocatalitico è legato alla presenza di litio, un aspetto che potrebbe essere modificato.»
Una strategia valida per una produzione di ammoniaca più ecologica
Il progetto ORACLE è riuscito a dimostrare che la produzione rinnovabile di ammoniaca è un traguardo raggiungibile, e ha contribuito a identificare i passi successivi potenziali per perfezionare la tecnologia. «Abbiamo superato tutti i nostri obiettivi in termini di efficienza di reazione», osserva Drazevic. «Ora dobbiamo fare ulteriori progressi per la riduzione dei consumi energetici.» Questa sarà probabilmente un’area chiave per ulteriori ricerche. Un altro successo importante è stata la dimostrazione che un approccio decentralizzato può essere una strategia valida per una produzione di ammoniaca più ecologica. «Gli impianti di ammoniaca centralizzati richiedono un enorme capitale iniziale», afferma Drazevic. «La suddivisione in una serie di impianti più piccoli può aiutare a dividere l’onere dei costi e ad accelerare la transizione energetica.» Perché l’ammoniaca diventi uno dei combustibili del futuro, il settore deve trovare il modo di decarbonizzarsi. La produzione di ammoniaca consuma ogni anno circa l’1,8 % dell’energia prodotta globalmente e produce di conseguenza circa 500 milioni di tonnellate di CO2. Il progetto ORACLE ha dimostrato che le soluzioni tecnologiche per affrontare la sfida sono sempre più avanzate e che i metodi decentralizzati potrebbero essere una soluzione conveniente. Infine, il progetto ha individuato le sinergie tra i tre approcci, che si prevede troveranno applicazione nel prossimo futuro.
Parole chiave
ORACLE, ammoniaca, carburante, rinnovabili, carbonio, turbine, fotovoltaico
