Ammoniaca verde: chimica sostenibile ed efficiente dal punto di vista energetico

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  Preveggenza quantistica
• 27 Giugno 2022

Riepilogo approfondimenti

La transizione all’ammoniaca verde è vista come un passo promettente verso la riduzione delle emissioni di carbonio, soprattutto nelle industrie pesanti e nei trasporti, dove potrebbe sostituire l’idrogeno liquido come fonte di energia. Questo cambiamento fa parte di uno sforzo più ampio per esplorare carburanti più sicuri e sostenibili, con l’ammoniaca verde più facile da trasportare e la sua produzione alimentata da fonti di energia rinnovabile. Tuttavia, il costo di produzione dell’ammoniaca verde è attualmente più elevato rispetto ad altri combustibili, ponendo sfide per la sua adozione diffusa.

L'ammoniaca come contesto di accumulo di energia

Per secoli, le molecole che trasportano energia sono servite come il mezzo più efficiente in termini di costi di trasferimento di energia a basso costo. Oggi, la crescente domanda di sostituire l'energia ad alta intensità di carbonio ha creato opportunità per le molecole presenti all'interno di idrogeno, metanolo e ammoniaca come possibili sostituti delle fonti energetiche basate sui combustibili fossili.

La capacità di trattenere l'energia per un lungo periodo di tempo distingue l'ammoniaca da altri composti chimici, poiché può essere trasportata su lunghe distanze a un costo relativamente inferiore. L'ammoniaca è probabilmente più comoda da trasportare rispetto all'idrogeno liquido, facendo credere alle organizzazioni che l'ammoniaca possa essere una migliore fonte di energia diretta. Le aziende possono anche potenzialmente rompere l'ammoniaca per il suo componente di idrogeno quando necessario.

L'ammoniaca verde è prodotta utilizzando idrogeno e azoto, dove l'idrogeno è ottenuto attraverso l'elettrolisi dell'acqua, un processo alimentato da fonti di energia rinnovabile. L'azoto può essere estratto dall'aria utilizzando un'unità di separazione dell'aria. L'ammoniaca verde può fungere da sostituto dell'ammoniaca "marrone", che è prodotta da combustibili fossili (tipicamente gas naturale). L'ammoniaca verde può essere prodotta da azoto e idrogeno in vari modi; tuttavia, il processo Haber-Bosch (che sfrutta un processo ad alta pressione per indurre una reazione chimica per produrre ammoniaca) è secondo quanto riferito la migliore opzione commercialmente valida. 

Impatto dirompente

Nel 2020, numerosi progetti in Europa, Stati Uniti, Australia e Giappone si sono concentrati sull’utilizzo dell’ammoniaca come fonte di energia. Nell’ambito di un progetto da 5 miliardi di dollari, la società statunitense Air Products and Chemicals, l’azienda saudita ACWA Power e NEOM, un costruttore che costruisce una città senza emissioni di carbonio in Arabia Saudita, hanno cercato di costruire un impianto di idrogeno verde sulla costa del Mar Rosso 2025. Il progetto mira a costruire celle solari per catturare l'energia solare durante il giorno e turbine eoliche per catturare i venti notturni per generare 4 gigawatt di elettricità per l'impianto di elettrolisi dell'acqua della struttura.

Gli sviluppatori fornirebbero l’idrogeno a un tradizionale impianto Haber-Bosch, che dovrebbe produrre oltre 1 milione di tonnellate di ammoniaca verde all’anno. Con 12.7 MJ/L, l'ammoniaca ha una densità energetica maggiore dell'idrogeno liquido, pari a 8.5 MJ/L. Può anche essere conservato a –33 °C, rispetto all'idrogeno liquido a –253 °C, ed è molto meno infiammabile dell'idrogeno, entrambi fattori che rendono il trasporto dell'ammoniaca molto più semplice ed economico. Questi vantaggi potrebbero far sì che l’ammoniaca verde diventi un’industria multimiliardaria in numerosi mercati regionali nei prossimi decenni. È tra il numero selezionato di combustibili che l’industria marittima potrebbe considerare di utilizzare come fonte di energia rinnovabile per ridurre i propri obiettivi di emissioni di carbonio. 

Tuttavia, il costo per produrre l’ammoniaca verde è da due a quattro volte più alto rispetto a quello dell’ammoniaca marrone, è anche più costoso da produrre rispetto al suo concorrente che alimenta l’idrogeno verde e alcune delle tecnologie necessarie per produrlo in grandi quantità sono ancora nelle fasi iniziali di sviluppo. Insieme, questi fattori potrebbero far sì che la crescita del settore rimanga scaglionata per tutto il decennio del 2020. Se diversi settori possono sfruttare l’ammoniaca verde a un costo inferiore rispetto ad altre forme di energia rinnovabile, soprattutto nelle industrie pesanti come la produzione di acciaio e le fucine, l’ammoniaca verde può sviluppare una nicchia di mercato in cui le aziende potrebbero prendere in considerazione l’investimento.

Implicazioni dell'ammoniaca verde nel settore energetico

Implicazioni più ampie dell’uso dell’ammoniaca verde come forma di accumulo di energia possono includere:

• La transizione all’ammoniaca verde aiuta diverse industrie pesanti a ridurre la propria impronta di carbonio, portando al raggiungimento dei loro obiettivi di emissioni di carbonio.
• La sostituzione dell’idrogeno liquido con l’ammoniaca verde come fonte di energia per l’industria dei trasporti, porterà a cambiamenti nella forza lavoro nel settore energetico.
• I governi stanno già investendo nella produzione di idrogeno verde e nelle infrastrutture di trasporto, espandendo i loro sussidi per includere la produzione di ammoniaca verde, riflettendo un impegno più ampio a favore dell’energia pulita.
• Le industrie solare ed eolica ricevono maggiori investimenti per costruire infrastrutture che alimentano il processo Haber-Bosch, promuovendo la produzione sostenibile di ammoniaca verde.
• Il potenziale dell’ammoniaca verde come alternativa più sicura e più facilmente trasportabile all’idrogeno incoraggia una più ampia accettazione e adozione di combustibili puliti, incidendo sulle strategie energetiche nazionali e internazionali.
• L’incremento della produzione interna di ammoniaca verde porta a una riduzione delle importazioni di energia, rafforza la sicurezza energetica e riduce la dipendenza dal petrolio e dal gas stranieri.
• Un aumento della produzione di ammoniaca verde che stimoli l’attività economica e la creazione di posti di lavoro nelle regioni con abbondanti risorse di energia rinnovabile, promuovendo uno sviluppo regionale più equilibrato.
• Il movimento verso l’ammoniaca verde guida la creazione di nuovi standard e regolamenti, garantendo la produzione, il trasporto e l’utilizzo sicuri di questa fonte di energia pulita.
• L’ascesa dell’ammoniaca verde come valida fonte di energia pulita spinge gli istituti scolastici a introdurre nuovi programmi di studio, preparando la forza lavoro per le opportunità emergenti nel settore delle energie rinnovabili.
• Lo spostamento verso l’ammoniaca verde funge da catalizzatore per ulteriori ricerche e sviluppi nelle tecnologie energetiche pulite, costituendo una base per i futuri progressi nel settore energetico.

Domande da considerare

• I vantaggi dello sviluppo di piante per l'ammoniaca verde supereranno i costi? 
• L'ammoniaca verde sarà una forma praticabile di accumulo di energia in futuro, in particolare per l'industria marittima? O altre forme di accumulo di energia prenderanno il suo posto?