Ammoniaca: il carburante del futuro? | La scienza in Polonia

L’ammoniaca è il carburante d’oro che sostituirà i motori elettrici e a idrogeno prima che si evolvano per sempre? Non necessariamente, perché questo materiale presenta degli inconvenienti, ma può diventare uno dei substrati di trasporto.

Green Pioneer è il nome di un'insolita nave, recentemente costruita dalla compagnia mineraria australiana Fortescue, che si occupa anche di cosiddette tecnologie pulite. Una cosa la distingue dalle altre navi. Recentemente è stato rifornito di carburante al largo di Singapore con tre tonnellate di carburante insolito. Ammoniaca. Oltre a due motori diesel, la nave è dotata di due motori alimentati da questo materiale.

Alla fine dell'anno la costruzione fu pagata Nave porta-container per ammoniaca Annunciato Yara, una nota azienda norvegese di fertilizzanti industriali. La nave dovrebbe essere pronta nel 2026. A sua volta, la società americana Amogee ha recentemente presentato un camion alimentato ad ammoniaca. Dovrebbe raccogliere una quantità di energia simile a quella dell'auto semielettrica Tesla, ma può essere utilizzata Fare rifornimento Tra 8 minuti. Sopra il motore dell'ammoniaca sta lavorando Toyota.

Perché l'ammoniaca? Dopotutto si parla molto di motori elettrici e recentemente anche di alimentare diversi veicoli con l'idrogeno. Quando si parla di motori elettrici, come si può immaginare, la questione è tutta nelle batterie, la cui capacità è ancora molto bassa. L'idrogeno è molto difficile da immagazzinare: richiede pressioni enormi o condizioni estremamente fredde. Nel frattempo, l'ammoniaca è costituita da tre atomi di idrogeno legati a un atomo di azoto. Sotto la pressione atmosferica si condensa a una temperatura di meno 33 gradi Celsius e a temperatura ambiente si trasforma in un liquido a bassa pressione. Pertanto, possono essere immagazzinati in modo incomparabilmente più semplice ed economico. Nel frattempo, l’ammoniaca ha una densità energetica maggiore dell’idrogeno. Calcolato per unità di volume, contenente il 70%. Più energia utilizzabile rispetto all'idrogeno liquefatto e quasi tre volte più energia rispetto all'idrogeno compresso alla potente pressione di 700 bar. Tuttavia, il gasolio è più efficiente a questo riguardo: un litro contiene circa 39 megajoule, mentre un litro di ammoniaca ne contiene meno di 16.

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Tuttavia, l’intera storia dietro l’ammoniaca riguarda la ricerca di un combustibile che riduca le emissioni di anidride carbonica (e anche di altri inquinanti).

Tuttavia, questo materiale presenta alcuni svantaggi difficili da ignorare. In alte concentrazioni è corrosivo e generalmente molto pericoloso per l'uomo. Anche a basse concentrazioni può causare irritazione delle mucose degli occhi e del sistema respiratorio, mentre ad alte concentrazioni può causare paralisi dei nervi e morte, che avviene entro pochi minuti. Tuttavia, è un materiale ampiamente utilizzato nell’industria, soprattutto per la produzione di fertilizzanti. Le sue tecniche di stoccaggio e trasporto, soprattutto via mare, sono state perfettamente migliorate. Sembra quindi essere una soluzione promettente per le navi.

Può essere utilizzato in tre modi principali. In primo luogo, può essere bruciato, come un normale carburante, in un motore a combustione interna, anche se ciò comporta alcune difficoltà: questo composto non brucia facilmente, quindi la reazione richiede l'aggiunta di una certa quantità di carburante convenzionale. Condizioni di combustione scelte in modo inadeguato producono anche ossido di azoto, un gas serra eccezionalmente potente. Ma il punto importante è ridurre le emissioni di questi gas. Tuttavia, quando la reazione procede correttamente, dall'ammoniaca stessa vengono prodotti solo azoto (il componente principale dell'aria) e acqua e speciali catalizzatori possono anche aiutare a rimuovere eventuali impurità.

Il secondo modo in cui viene utilizzata l'ammoniaca è che questo composto viene prima scomposto in azoto e idrogeno, e poi l'idrogeno viene utilizzato – o in un motore a combustione opportunamente adattato o in celle a combustibile che generano elettricità da tempo note. Tuttavia, esistono anche altri tipi di celle a combustibile, quelle che utilizzano l’ammoniaca. Come risultato della reazione che avviene in queste cellule, vengono prodotti solo azoto e acqua. Tuttavia, questa tecnologia presenta due grossi inconvenienti: il primo sono i costi elevati, il secondo è la reazione lenta, il che significa che è difficile ottenere energia elevata. Tuttavia, il suo vantaggio principale è l’efficienza. È importante ricordare che prima deve essere prodotta l'ammoniaca e ciò richiede energia. Nel caso delle celle a combustibile che funzionano direttamente con l'ammoniaca, è possibile recuperare la metà dell'energia immessa e negli altri due approcci circa il 20%.

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Sfortunatamente, l’attuale metodo di produzione dell’ammoniaca comunemente utilizzato non è rispettoso dell’ambiente. L'ammoniaca è prodotta dall'idrogeno e dall'azoto presenti nell'atmosfera. L'idrogeno viene solitamente ottenuto utilizzando un potente gas serra, il metano, estratto dall'interno della Terra, che comporta la perdita di una parte di esso nell'atmosfera. Inoltre devono essere utilizzate enormi risorse energetiche.

Tuttavia, gli scienziati non smettono mai di cercare modi migliori. Ad esempio, un team dell’Università di Tohoku ha sviluppato un sistema di stimolazione elettrica che riduce il consumo di energia. Stanno emergendo anche altre idee. Ne varrebbe la pena? Recentemente, un team dell’Università di Princeton ha condotto un’analisi esaminando l’opportunità di basare gran parte dell’economia sull’uso dell’ammoniaca come combustibile. I ricercatori hanno scoperto, ad esempio, che se venisse utilizzata per soddisfare il 5% del fabbisogno energetico mondiale, l’1% dell’ammoniaca utilizzata in questo modo verrebbe convertita in biossido di azoto – e l’effetto sull’atmosfera sarebbe simile a quello causato del 15%. I combustibili fossili attualmente vengono bruciati.

Gli scienziati sostengono che vale la pena sviluppare tecnologie basate sull’ammoniaca, anche se non sono un combustibile ideale. Perché forse non ce n'è uno. “Identificando le maggiori minacce derivanti da un’economia basata sull’ammoniaca, possiamo identificare ciò di cui abbiamo bisogno per sviluppare e sviluppare per migliorare questi tipi di sistemi di produzione di energia”, afferma il professor Hans. Michael E. Mueller, autore dello studio pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences. “Sappiamo che è in arrivo un’economia basata sull’ammoniaca su una certa scala”, afferma uno degli autori, il professor Amilcar Porporato.

Marek Matacz

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