Negli ultimi 100 anni, una semplice molecola ha avuto un impatto immensamente positivo sul nostro mondo. Ammoniaca, che comprende tre atomi di idrogeno legati a un singolo atomo di azoto, è ampiamente utilizzato per fare in modo che i fertilizzanti ci consentano di produrre cibo a sufficienza per tutti sul pianeta. Questo la rende praticamente la molecola più importante dopo l'acqua.

Però, la produzione di ammoniaca è il terzo più grande emettitore di anidride carbonica nei processi industriali al mondo, creando mezzo miliardo di tonnellate di CO₂ ogni anno, l'1,8% delle emissioni globali di CO₂.

I miei colleghi ed io abbiamo appena prodotto un rapporto per la Royal Society che mostra che la produzione di ammoniaca verde a zero emissioni di carbonio potrebbe ridurre le emissioni globali di carbonio di quasi il 2%. Cosa c'è di più, potrebbe anche immagazzinare quantità su scala nazionale di energia rinnovabile e navi a motore, treni e mezzi pesanti.

L'ammoniaca è comunemente prodotta facendo reagire il metano con il vapore per produrre idrogeno, e poi facendolo reagire con l'azoto dell'aria usando il cosiddetto processo Haber-Bosch. Ma il reforming del metano a vapore emette anche anidride carbonica. In contrasto, l'ammoniaca verde è prodotta con idrogeno che è stato separato dall'acqua utilizzando elettricità rinnovabile.

È anche possibile scomporre l'ammoniaca in idrogeno e azoto, cedere energia nel processo. E può essere bruciato come i combustibili fossili come il diesel. Ciò significa che l'ammoniaca può essere utilizzata anche come riserva di energia.

Il laboratorio di Rutherford Appleton nell'Oxfordshire, UK, ha un esclusivo sistema dimostrativo dell'ammoniaca verde. È alimentato da una turbina eolica in loco ed è in grado di produrre fino a 30 kg di ammoniaca verde al giorno. Può anche restituire elettricità verde alla rete secondo necessità.

La sfida nel rendere la produzione di ammoniaca verde un'alternativa praticabile è ridurre i costi, di cui l'85% è energia elettrica. Nella maggior parte del mondo, l'energia rinnovabile è ancora significativamente più costosa del metano utilizzato nella produzione convenzionale dell'ammoniaca.

Però, il costo dell'elettricità nelle aree con un abbondante potenziale rinnovabile è diminuito drasticamente negli ultimi dieci anni, a circa 1,7-3,4 GBP pence per kWh. Ciò significa che puoi produrre ammoniaca verde per circa £ 220 per tonnellata.

Questo non è ancora economico come il processo convenzionale. Ma per continuare a utilizzare questo metodo riducendo le nostre emissioni allo zero netto, dovremmo combinare la cattura e lo stoccaggio del carbonio in modo che la CO₂ risultante non entri nell'atmosfera. Ed è allora che l'ammoniaca verde può diventare competitiva in termini di costi.

Carburante a zero emissioni di carbonio

L'ammoniaca verde ha anche il potenziale per affrontare una delle più grandi sfide irrisolte nella corsa alle emissioni nette zero:come creare riserve flessibili di carburante a zero emissioni di carbonio che durano per anni come fanno gli attuali combustibili fossili?

L'ammoniaca si conserva facilmente in grandi quantità allo stato liquido a pressioni modeste (tra 10 e 15 volte quella della nostra atmosfera) o refrigerata a -33°C. In questa forma, la densità energetica è circa la metà di quella della benzina e oltre dieci volte quella delle batterie.

Ciò che l'ammoniaca ha rispetto ad altre potenziali alternative di carburante è che abbiamo già un sistema di produzione e distribuzione globale in atto a causa del suo uso diffuso come materia prima per i fertilizzanti. Esiste anche una rete completa di porti che gestiscono l'ammoniaca su larga scala, quindi potrebbe diventare un carburante per le spedizioni a lunga distanza con relativa facilità.

Infatti, l'industria marittima internazionale ha già dimostrato la fattibilità dell'utilizzo dell'ammoniaca come combustibile nelle loro più grandi navi portacontainer oceaniche. UOMO Soluzioni Energetiche, un progettista e produttore di motori marini, ha annunciato che il primo motore ad ammoniaca potrebbe essere operativo entro l'inizio del 2022. Ciò aprirebbe anche opportunità per i combustibili verdi per i treni, merci pesanti e forse anche l'aviazione a zero emissioni di carbonio.

L'ammoniaca presenta altre sfide. L'uso di fertilizzanti a base di ammoniaca contribuisce al declino globale della biodiversità, diffusi problemi di qualità dell'aria ed emissioni di gas serra. I nuovi usi dell'ammoniaca devono includere misure efficaci per prevenire eventuali emissioni aggiuntive.

Controlli rigorosi che sono già presenti in tutti gli attuali stoccaggi di ammoniaca e nei relativi siti industriali, devono essere in atto per garantire che i rischi di rilascio di ammoniaca e la conseguente formazione di ossidi di azoto nocivi (NOx) siano trascurabili.

Quello che dobbiamo fare ora è ricercare e dimostrare il potenziale dell'ammoniaca, dal miglioramento dell'energia eolica e solare attraverso l'ottimizzazione della produzione e dello stoccaggio di ammoniaca verde. E dobbiamo sviluppare un portafoglio completo di modi per riportare l'ammoniaca in energia quando e dove ne abbiamo bisogno.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.