Quando i chimici hanno avuto l’idea di un catalizzatore migliore per produrre ammoniaca, hanno deciso di provare contemporaneamente nove varianti. Questa scelta si è rivelata vincente, poiché la versione inizialmente considerata efficace ha deluso le aspettative, mentre una delle alternative meno probabili si è dimostrata così efficace da poter ridurre le emissioni di carbonio equivalenti a quelle di un paese di medie dimensioni.
La produzione moderna di cibo dipende fortemente dai fertilizzanti a base di ammoniaca, senza i quali miliardi di persone sarebbero morte di fame molto tempo fa. Tuttavia, il Processo Haber-Bosch, sviluppato oltre 100 anni fa per produrre ammoniaca da azoto e idrogeno, è estremamente energivoro, richiedendo alte temperature e pressioni. Attualmente, la produzione di ammoniaca contribuisce al 2 percento delle emissioni di gas serra a livello mondiale.
Questo dato potrebbe sembrare insignificante fino a quando non si considera che supera le emissioni della Germania e di molti altri paesi al di fuori dei primi cinque, avvicinandosi a quelle generate dal traffico aereo. Trovare un metodo più efficiente è stato un obiettivo prioritario per i chimici da decenni, ma le soluzioni finora proposte non si sono dimostrate efficaci su larga scala.
Intorno al 2016, quando i catalizzatori di metallo liquido hanno dimostrato la loro utilità in altre reazioni, un team di ricerca, guidato dal Professor Torben Daeneke dell’Università di RMIT, ha deciso di esplorare questa strada per migliorare la produzione di ammoniaca. Inizialmente, il team ha optato per il gallio, un metallo con basso punto di fusione e caratteristiche atossiche, ideale come sostituto del mercurio per motivi di sicurezza e manipolazione.
Anche se il gallio da solo si è rivelato un cattivo catalizzatore per la produzione di ammoniaca, il team ha ipotizzato che il doping con un metallo di transizione potesse migliorarne le prestazioni. Sebbene il ferro sembrasse la scelta più logica, essendo già noto per la sua efficacia come catalizzatore per l’ammoniaca, il team ha testato altre nove opzioni per confronto, privilegiando soluzioni economiche per agevolare l’eventuale commercializzazione del prodotto e garantire ulteriori finanziamenti per la ricerca.
Nonostante le basse aspettative, il catalizzatore gallio-rame ha sorprendentemente avuto successo, mentre il gallio-ferro ha deluso le aspettative. Secondo il Professor Daeneke, i catalizzatori di metallo liquido consentono di spostare gli elementi chimici in modo più dinamico, favorendo reazioni più efficienti e ideali per la catalisi, evitando la disattivazione dovuta a reazioni collaterali.
Il sistema proposto si è dimostrato non solo più economico e rispettoso dell’ambiente rispetto ai catalizzatori tradizionali, ma ha anche dimostrato di richiedere meno calore e pressione rispetto al metodo Haber-Bosch, riducendo così il consumo energetico e le emissioni di carbonio associate.
Secondo Daeneke, il processo potrebbe essere facilmente implementato su larga scala, richiedendo poche modifiche alle attuali strutture di produzione di ammoniaca. Inoltre, potrebbe essere adattato per l’utilizzo in reattori di dimensioni ridotte, dove il processo Haber-Bosch non sarebbe economicamente vantaggioso, consentendo una produzione più locale di ammoniaca.
La riduzione della necessità di trasporto potrebbe migliorare la sicurezza, come dimostrato dall’incidente in Australia in cui un autocarro che trasportava nitrato d’ammonio ha causato danni significativi. Inoltre, l’ammoniaca potrebbe essere utilizzata come meccanismo di stoccaggio per l’idrogeno prodotto in periodi e luoghi in cui l’energia rinnovabile è abbondante, contribuendo a promuovere l’uso di fonti energetiche sostenibili.
Il continuo sviluppo di processi a basse emissioni per la produzione di ammoniaca è cruciale per ridurre l’impatto ambientale e promuovere la sostenibilità. L’innovazione nel settore della catalisi, come dimostrato dal lavoro del Professor Daeneke e del suo team, apre nuove prospettive per un futuro più verde e efficiente dal punto di vista energetico.
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