Famosa e facilmente riconoscibile, l’ammoniaca è un prodotto dai mille usi, che trova largo impiego soprattutto nel campo delle pulizie. Ma sono davvero poche le persone che ne conoscono la composizione chimica e, soprattutto, le importanti potenzialità! Sembra proprio che aspiri a diventare una sorta di “petrolio non fossile” in grado di alimentare il mondo senza inquinarlo con il rilascio di CO2 nell’atmosfera!

Si tratta, infatti, di un composto di un atomo di azoto e tre di idrogeno (NH3), che da diversi anni è oggetto di studi con l’obiettivo di essere utilizzato per immagazzinare energia poiché è una delle molecole contenenti la maggior quantità di idrogeno ancora utilizzabile come combustibile, seconda in questo solo al metano. Ma, a differenza di quest’ultimo, l’ammoniaca ha il pregio di liquefarsi a temperatura ambiente e di poter essere sintetizzata da due degli elementi più comuni sulla Terra: l’azoto dell’aria e l’idrogeno dell’acqua.

Ecco perché il mondo della ricerca continua ad analizzarla con grande interesse e con l’idea di usare elettricità in eccesso da sole o vento per produrla, conservarla in forma liquida – anche per lunghi periodi – e poi utilizzarla come combustibile, per ottenere di nuovo elettricità o come carburante per i trasporti.

Già durante il secondo conflitto mondiale, essendo insufficienti benzina e gasolio, era utilizzata come combustibile e nel 2012 l’Università di Pisa dimostrò il suo utilizzo per mettere in moto un furgone.

Le nuove frontiere della ricerca mirano a utilizzarla per auto, navi o camion a idrogeno: invece di contare su un gas che richiede bombole ad alta pressione e infrastrutture di trasporto e distribuzione dedicate e costose, fare il pieno con un liquido ricco di idrogeno come NH3 renderebbe tutto più semplice, economico e veloce, senza dover per forza bruciare nei cilindri del motore a scoppio: il chimico australiano Douglas MacFarlane, della Monash University di Melbourne, ha da poco inventato una cella a combustibile che trasforma NH3 direttamente in elettricità, emettendo solo acqua, azoto e un po’ di calore.

Sempre in Australia il partito laburista ha dichiarato che se vincerà le prossime elezioni vorrà attuare un piano per esportare idrogeno “rinnovabile” sotto forma di ammoniaca, grazie anche ad un dispositivo inventato dall’Università di Melbourne per ritrasformare poi l’ammoniaca in azoto e idrogeno.

Da un po’ di tempo, ormai, le grandi industrie stanno lavorando all’uso dell’ammoniaca come stoccaggio di energia. La Siemens sta sperimentando, con il Science and Technology Facilities Council delle Università di Oxford e Cardiff, un dimostratore di sistema di accumulo ad NH3, che produce questo gas con energia rinnovabile e poi la riconverte in elettricità tramite una turbina.

«Bruciare NH3 ha però un grave difetto – chiarisce Ian Wilkinson, manager del progetto -. Si emettono ossidi di azoto, o NOx, che sono al tempo stesso gas inquinanti, tossici e climalteranti. Ma per fortuna il rimedio esiste ed è relativamente semplice: aggiungere all’impianto un sistema di abbattimento degli NOx simile a quelli in uso nelle auto diesel più pulite».

Addirittura, una ricerca giapponese condotta dalla Kumamoto University ha dato vita a un catalizzatore a base di rame e alluminio, in grado di far reagire gli NOx con l’ammoniaca già durante la combustione per far sì che nei fumi ci siano solo acqua e azoto. Ma non è tutto.

Poiché per la produzione di ammoniaca si rilascia nell’aria molta anidride carbonica, (da 110 anni si segue l’invenzione del chimico tedesco Fritz Haber, che prevede una reazione a 200 atmosfere e 300 °C di temperatura fra idrogeno estratto dal metano e azoto dell’aria), la società giapponese JGC Corporation e il Japanese National Institute of Advanced Industrial Science and Technology hanno messo a punto un metodo elettrochimico di produzione di NH3, che usa solo elettricità con un catalizzatore al rutenio, per produrre idrogeno dall’acqua e poi far reagire questo con l’azoto dell’aria. Il tutto a pressione e temperatura ambiente. Inoltre, proprio poche settimane fa, Julie Renner, della Case Western Reserve University, ha ideato un sistema ancor più semplice che consente di produrre ammoniaca senza utilizzare un catalizzatore con metalli rari: tramite corrente elettrica si trasforma in plasma (gas ad altissima temperatura) una miscela di aria e vapore di acqua, in modo che l’azoto della prima e l’idrogeno della seconda reagiscano da soli, senza bisogno di separarli dalle molecole originali.

«L’uso di acqua, aria ed elettricità risulta il miglior metodo per produrre ammoniaca su piccola scala – spiega la Renner -. Purtroppo la sua efficienza è ancora bassa, ma siamo solo all’inizio e possiamo notevolmente migliorarla».

Infatti, creare e rendere operativi metodi di produzione della NH3 alternativi all’invenzione di Haber, consentirebbe di fabbricare ammoniaca ovunque siano disponibili elettricità rinnovabile, aria ed acqua, per esempio villaggi o fattorie isolate potrebbero prodursi da sole sia i propri fertilizzanti azotati che il carburante per auto e macchinari. Soprattutto, la produzione di ammoniaca in aree ricche di energia solare o eolica raggiungibili via mare potrebbe rivoluzionare il sistema energetico.

«Occorrerebbe produrre idrogeno in forma liquida, come ammoniaca per esempio, tramite l’abbondante energia solare disponibile vicino all’equatore – auspica il The United Kingdom’s Committee on Climate Change – e poi trasportarla via nave fino a centrali turbogas, appositamente adattate all’uso di questo combustibile». In tal modo si creerebbe un sistema di commercio internazionale dell’energia non fossile, che permetterebbe a tanti paesi ricchi di sole e vento di trasformare questa loro ricchezza in una forma di commercio, vendendola a paesi meno ricchi di fonti rinnovabili ed evitandogli di dover creare in loco sistemi a rinnovabili al 100%.