Ma migliorando una reazione elettrochimica ben nota e orchestrando una "sinfonia" di atomi di litio, azoto e idrogeno, gli ingegneri dell'Università dell'Illinois a Chicago, guidati da Meenesh Singh, hanno sviluppato un nuovo processo di produzione di ammoniaca che soddisfa diversi obiettivi ecologici.

Il processo, chiamato sintesi dell’ammoniaca mediata dal litio, combina azoto gassoso e un fluido donatore di idrogeno come l’etanolo con un elettrodo di litio carico. Invece di rompere le molecole di azoto con temperature e pressioni elevate, gli atomi di azoto si attaccano al litio, quindi si combinano con l'idrogeno per formare la molecola di ammoniaca.

La reazione funziona a basse temperature, ed è anche rigenerativa, ripristinando i materiali originali ad ogni ciclo di produzione di ammoniaca.

"Ci sono due cicli che si verificano. Uno è la rigenerazione della fonte di idrogeno e il secondo è la rigenerazione del litio", ha affermato Singh, professore associato di ingegneria chimica all'UIC. "C'è una sinfonia in questa reazione, dovuta al processo ciclico. Ciò che abbiamo fatto è stato comprendere meglio questa sinfonia e provare a modularla in modo molto efficiente, in modo da poter creare una risonanza e farla muovere più velocemente. "

Il processo, descritto in un articolo pubblicato e presentato sulla copertina di ACS Applied Materials &Interfaces , è l'ultima innovazione del laboratorio di Singh nella ricerca di ammoniaca più pulita. In precedenza, il suo gruppo aveva sviluppato metodi per sintetizzare la sostanza chimica utilizzando la luce solare e le acque reflue e creato uno schermo a rete di rame elettrificato che riduce la quantità di energia necessaria per produrre ammoniaca.

Il loro ultimo progresso si basa su una reazione tutt’altro che nuova. Gli scienziati lo sanno da quasi un secolo.

"L'approccio basato sul litio può effettivamente essere trovato in qualsiasi libro di testo di chimica organica. È molto noto", ha detto Singh. "Ma il nostro contributo è stato quello di far sì che questo ciclo si svolgesse in modo sufficientemente efficiente e selettivo da raggiungere obiettivi economicamente fattibili."

Tali obiettivi includono un’elevata efficienza energetica e un basso costo. Se ampliato, il processo produrrebbe ammoniaca a circa 450 dollari per tonnellata, ovvero il 60% in meno rispetto ai precedenti approcci basati sul litio e ad altri metodi ecologici proposti, secondo Singh.

Ma anche la selettività è importante, poiché molti tentativi di rendere la produzione di ammoniaca più pulita hanno finito per creare invece grandi quantità di gas idrogeno indesiderato.

I risultati del gruppo Singh sono tra i primi a raggiungere livelli di selettività e utilizzo dell'energia che potrebbero soddisfare gli standard del Dipartimento dell'Energia per la produzione su scala industriale di ammoniaca. Singh ha anche affermato che il processo, che può essere eseguito in un reattore modulare, può essere reso ancora più ecologico alimentandolo con elettricità proveniente da pannelli solari o altre fonti rinnovabili e alimentando la reazione con aria e acqua.

Il processo potrebbe anche contribuire a raggiungere un altro obiettivo energetico:l’uso dell’idrogeno come combustibile. Il raggiungimento di tale obiettivo è stato ostacolato dalle difficoltà di trasporto del liquido altamente combustibile.

"Vuoi che l'idrogeno venga generato, trasportato e consegnato alle stazioni di pompaggio dell'idrogeno, dove l'idrogeno può essere alimentato alle auto. Ma è molto pericoloso", ha detto Singh. "L'ammoniaca potrebbe funzionare come trasportatore di idrogeno. È molto economico e sicuro da trasportare e, una volta arrivati ​​a destinazione, è possibile riconvertire l'ammoniaca in idrogeno."

Attualmente, gli scienziati stanno collaborando con la General Ammonia Co. per pilotare e ampliare il loro processo di sintesi dell’ammoniaca mediato dal litio in un impianto nell’area di Chicago. L'Ufficio di gestione della tecnologia dell'UIC ha depositato un brevetto per il processo.