Produrre ammoniaca e fertilizzanti con processi a basso impatto

Titolo del progetto di ricerca

SuN2rise - Solar driven electrochemical nitrogen fixation for ammonia refinery

Area scientifica

Ingegneria chimica, Nanotecnologie, Agricoltura sostenibile

Abstract 

Il progetto SuN2rise si propone di ottenere ammoniaca e fertilizzanti a partire da aria e acqua, con un processo altamente sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico, in particolare utilizzando l’energia del sole per rompere la stabilissima molecola di azoto.

Descrizione del progetto di ricerca 

L’ammoniaca, oltre a essere un'importante piattaforma per l’industria, ha molte applicazioni nella sintesi di prodotti chimici, tra cui i principali sono l'acido nitrico e i fertilizzanti. Il processo industriale di produzione dell’ammoniaca ha un altissimo impatto ambientale, è responsabile del 2% del consumo di energia mondiale e del 2% delle emissioni di gas a effetto serra.

La produzione dell’ammoniaca avviene dall’inizio del ‘900 secondo il processo Haber-Bosch (dal nome dei due scienziati che lo hanno messo a punto), utilizzando come reagenti azoto e idrogeno in presenza di un catalizzatore eterogeneo a base di ferro. Le difficoltà del processo risiedono nell’elevata energia richiesta per scindere la molecola di azoto (N2), passaggio necessario per ottenere l’ammoniaca (NH3), e nella bassa velocità di questa reazione. Tale scissione ha richiesto fino ad oggi temperature e pressioni molto elevate, possibili soltanto in pochissimi impianti presenti sul pianeta.

Il progetto SuN2rise si propone di ottenere ammoniaca in maniera molto più semplice e con un processo sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico, utilizzando l’energia del sole per fornire l’energia necessaria alla conversione elettrochimica di N2 in NH3, partendo da aria e acqua, e procedendo in condizioni temperatura e pressione blande. Verranno messe a punto celle solari innovative composte da materiali ibridi e catalizzatori privi di metalli costosi. L’obiettivo finale è la produzione in situ (nelle serre) del fertilizzante necessario alla coltivazione, per contribuire a un’agricoltura più sostenibile e riducendo l’impatto ambientale dovuto all’attuale sistema di produzione e distribuzione dei fertilizzanti azotati.

Impatto sulla società 

La conferenza di Parigi sui cambiamenti climatici ha fissato importanti obiettivi sulla riduzione di CO2: riduzione del 40% entro il 2030 e dell’80% entro il 2050. Questo ha spinto numerosi ricercatori a lavorare su tecnologie per l’immagazzinamento e la conversione della CO2. L’approccio del progetto SuN2rise è completamente diverso perché si propone, a priori, di evitare la CO2 venga immessa nell’atmosfera, ridisegnando uno dei processi industriali chimici più impattanti di sempre.

Il progetto renderà tale processo molto più sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico, permetterà di produrre fertilizzanti nel luogo stesso del loro utilizzo e avrà anche un impatto nell’ambito dei combustibili liquidi, visto che l’uso di NH3 per celle celle a combustibili è meno pericoloso e produce maggiore energia rispetto ai tradizionali sistemi alimentati a idrogeno.

Breve CV del Coordinatore 

Federico Bella (Torino, 1987) è professore associato di Fondamenti Chimici delle Tecnologie al Politecnico di Torino. Laureato in Chimica Industriale e dottorato in Dispositivi Elettronici, ha condotto periodi di ricerca alla Universitat Politècnica de València, alla National University of Malaysia, al Massachusetts Institute of Technology e all’École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Ha vinto l’“ENI Award 2016” come miglior ricercatore under-30 nel campo delle rinnovabili, l’“Environment, Sustainability & Energy Division Early Career Award” della Royal Society of Chemistry per lo sviluppo innovativo di materiali per celle solari e batterie, e ha recentemente ricevuto dal Presidente della Repubblica il Premio Internazionale “Roberto Piontelli” per i contributi scientifici nel campo dell’energetica elettrochimica. È autore di 80 pubblicazioni su riviste internazionali ed è membro del comitato editoriale di Chemical Engineering Journal e ChemSusChem, riviste di prestigio nel campo dell’innovazione e della sostenibilità di materiali, prodotti e processi chimici. E’ componente della Commissione Relazioni Internazionali della Società Chimica Italiana e membro del Consiglio Direttivo della Divisione di Chimica Industriale.

SuN2rise project has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme  grant agreement No 948769

  • Budget: 1.498.750
  • Data inizio: 1/02/2021
  • Data fine: 31/01/2026