Produrre ammoniaca verde per un’agricoltura sostenibile

Il processo Haber-Bosch, sviluppato agli inizi del XX secolo e vincitore del Premio Nobel, rappresenta ancora oggi uno dei pilastri dell’industria chimica.

Consente la sintesi dell’ammoniaca (NH₃) a partire da azoto (N₂) e idrogeno (H₂), ed è fondamentale per la produzione di fertilizzanti che supportano l'agricoltura globale. L'idrogeno è un componente chiave di questo processo, poiché si combina con l'azoto ad alta pressione e temperatura in presenza di un catalizzatore a base di ferro.

Nel processo Haber-Bosch, l'azoto viene estratto dall’aria, che ne contiene circa il 78%, mentre l’idrogeno deve essere prodotto da altre fonti. La reazione complessiva è:

Il processo avviene ad alte pressioni (140-320 atmosfere) e temperature (300-550 °C), garantendo che azoto e idrogeno reagiscano efficacemente per formare l’ammoniaca. La produzione di idrogeno è fondamentale, poiché influisce direttamente sull'uso di energia, sui costi e sull'impatto ambientale del processo.

L'idrogeno utilizzato nel processo Haber-Bosch può essere prodotto attraverso diverse tecniche, suddivise in due categorie principali:

1. Idrogeno grigio: la forma più comunemente usata oggi, ma poco sostenibile.
Questo tipo di idrogeno viene prodotto principalmente attraverso lo steam reforming del metano (SMR), un processo attraverso cui il metano reagisce con il vapore acqueo generando idrogeno e anidride carbonica:

Lo svantaggio principale di questo metodo è rappresentato dalle emissioni di carbonio. Per ogni tonnellata di idrogeno prodotta vengono rilasciate circa 11 tonnellate di CO₂, contribuendo in modo significativo al cambiamento climatico.
Nonostante ciò, l'idrogeno grigio resta largamente utilizzato per via dei costi contenuti e delle infrastrutture consolidate.

2. Idrogeno verde: la strada verso la decarbonizzazione.

Questo viene prodotto mediante elettrolisi dell'acqua, un processo in cui l'elettricità scinde l'acqua (H₂O) in idrogeno e ossigeno:

Quando l'elettricità utilizzata proviene da fonti rinnovabili come l'eolico, il solare o l'idroelettrico, l'intero processo può essere praticamente privo di emissioni: da qui l’etichetta di “idrogeno verde”. Tuttavia, la produzione di idrogeno verde è attualmente più costosa dell'idrogeno grigio, a causa del prezzo delle rinnovabili e della tecnologia degli elettrolizzatori.

La crescente attenzione alla decarbonizzazione spinge sempre più settori industriali a considerare l’adozione dell’idrogeno verde. I suoi vantaggi ambientali sono evidenti, ma restano sfide significative legate ai costi e alla scalabilità: molto dipenderà dall’innovazione tecnologica e dalla diminuzione dei costi delle energie rinnovabili e dell’elettrolisi.
Per questo motivo, governi e aziende stanno investendo nello sviluppo di progetti legati all’idrogeno, con l’obiettivo di aumentarne la disponibilità e renderlo economicamente più competitivo.

L'ammoniaca è una sostanza chimica versatile con una varietà di applicazioni in molteplici settori.

Circa l’80% della produzione mondiale viene destinata alla formulazione di fertilizzanti a base di azoto, essenziali per promuovere la crescita delle piante e aumentare la resa dei raccolti. Ma il suo impiego non si limita all’agricoltura:

• Industria chimica: è la base per la produzione di acido nitrico, usato in esplosivi, plastiche e coloranti.

• Fibre sintetiche: entra nella fabbricazione di nylon e rayon.

• Refrigerazione industriale: l’ammoniaca è impiegata come refrigerante naturale, con elevata efficienza energetica e basso impatto ambientale.

• Farmaceutica: viene utilizzata per produrre medicinali, compresi gli antimicrobici.

Il tipo di idrogeno impiegato nel processo Haber-Bosch ha un impatto diretto sull’impronta di carbonio dell’intera produzione di ammoniaca. L'idrogeno grigio, sebbene attualmente dominante, è sempre più sotto esame a causa del suo impatto ambientale. L'idrogeno verde rappresenta un'alternativa sostenibile, anche se con sfide in termini di costi e scalabilità.

Mentre il mondo si muove verso un futuro a basse emissioni di carbonio, la transizione all'idrogeno verde sarà essenziale per la produzione sostenibile di ammoniaca e la sicurezza alimentare globale.