(In alto) Il metodo Harber-Bosch:utilizzando come reagenti l'idrogeno (estratto dalla decomposizione termica del gas naturale) e l'azoto atmosferico, questo metodo produce ammoniaca utilizzando il catalizzatore in condizioni di alta temperatura/pressione. (In basso) Il sistema integrato nel catalizzatore al plasma per il metodo di produzione dell'ammoniaca verde:un metodo ecologico che produce ammoniaca attraverso il sistema integrato nel catalizzatore al plasma utilizzando l'azoto atmosferico e l'acqua. Credito:The Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM)
Il Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), un'istituzione sotto la giurisdizione del Ministero della scienza e delle TIC, ha sviluppato un processo innovativo che utilizza energia rinnovabile per produrre ammoniaca a temperatura ambiente e pressione normale. Si prevede che questa tecnologia contribuirà notevolmente al raggiungimento della neutralità del carbonio in futuro, attraverso lo sviluppo di un processo di produzione dell'ammoniaca che produce zero emissioni di carbonio.
Guidato dal ricercatore principale Dr. Dae Hoon Lee, il team di ricerca KIMM presso il Dipartimento di Ingegneria del Plasma è riuscito a sviluppare un innovativo, processo a zero emissioni di carbonio per la produzione di ammoniaca. Il 5 agosto, hanno pubblicato i risultati della loro ricerca in ACS Energy Letters .
Il processo organico di sintesi dell'ammoniaca (metodo Haber-Bosch), sviluppato da Fritz Haber e Karl Bosch nel 1913, produce ammoniaca da utilizzare come fertilizzante, ed è considerata una scoperta che ha notevolmente aumentato la produttività agricola e ha servito come base per l'innovazione agricola. Recentemente, l'ammoniaca ha ricevuto attenzione come combustibile ecologico con emissioni di carbonio zero. Questo perché l'ammoniaca, che è un composto di azoto e idrogeno, non emette anidride carbonica anche se bruciato.
Però, sintetizzare l'ammoniaca con il metodo Haber-Bosch, devono essere soddisfatte le condizioni di alta pressione e alta temperatura, con una pressione di almeno 200 atm e una temperatura di almeno 400 gradi Celsius. Anche, poiché i combustibili fossili come il gas naturale vengono utilizzati per produrre idrogeno, viene consumata una grande quantità di energia, portando così ad alti livelli di emissioni di anidride carbonica.
Secondo un rapporto del 2020 della Royal Society, il metodo Haber-Bosch consuma circa l'1,8% dell'energia mondiale per produrre ammoniaca, ei livelli di anidride carbonica emessi in questo processo rappresentano l'1,8% delle emissioni totali mondiali di anidride carbonica.
Il processo per la produzione di ammoniaca sviluppato dal team di ricerca KIMM prevede la combinazione di acqua con plasma di azoto, producendo così idrogeno e ossidi di azoto. Questi ossidi risultanti vengono ridotti ad ammoniaca con catalizzatori. Più del 99% degli ossidi di azoto prodotti da questa reazione al plasma diventa monossido di azoto, che può essere facilmente ridotto ad ammoniaca. Il monossido di azoto reagisce quindi all'idrogeno coprodotto per produrre ammoniaca con oltre il 95% di elevata selettività, e il calore generato durante il processo di decomposizione del plasma viene utilizzato per il processo di sintesi catalitica.
Poiché questo processo non utilizza combustibili fossili ed è una tecnologia in grado di produrre "ammoniaca verde" con zero emissioni di anidride carbonica, può raggiungere una resa da 300 a 400 volte superiore a quella delle attuali tecnologie di produzione elettrochimica di ammoniaca, che sono considerate le principali alternative al metodo Haber-Bosch.
Inoltre, questo processo può essere ampliato su larga scala con relativa facilità attraverso un sistema modulare dato che la reazione avviene con l'acqua e l'azoto in condizioni di temperatura/pressione ambiente, rispetto alle condizioni di alta temperatura/pressione che devono essere soddisfatte per i metodi esistenti di produzione dell'ammoniaca. Per di più, una soluzione acquosa di nitrato, un sottoprodotto generato come risultato del processo di produzione dell'ammoniaca, può essere utilizzato come soluzione nutritiva agricola e agente ossidante.
Nel futuro, il team di ricerca KIMM spera di migliorare il costo e l'efficienza della produzione di ammoniaca sviluppando una tecnologia di scalabilità e commercializzazione. Il team mira anche a collaborare con società di ingegneria nazionali ed estere per espandere i loro sforzi agli impianti di ammoniaca, impianti particolarmente piccoli e medi che possono funzionare a pressione normale e a temperatura ambiente.
Il ricercatore principale, il dott. Dae Hoon Lee, ha sottolineato che lui e il suo team hanno sviluppato un processo di produzione di ammoniaca ecologico che può essere applicato a strutture reali e, in teoria, non emette carbonio. Ha anche affermato che lui e il suo team faranno del loro meglio per condurre ricerche e sviluppo di follow-up per aiutare a ridurre drasticamente le emissioni globali di carbonio
