Dimentica gli enormi serbatoi d’acciaio: alcuni scienziati vogliono produrre sostanze chimiche con l’aiuto delle rocce che si trovano in profondità sotto la superficie terrestre.
Una nuova ricerca mostra che l’ammoniaca, una sostanza chimica essenziale per i fertilizzanti, può essere prodotta da rocce a temperature e pressioni normali sotto la superficie. La ricerca è stata pubblicata oggi su Joule e il MIT Technology Review può riferire in esclusiva che è stata fondata una nuova società, chiamata Addis Energy, per commercializzare il processo.
L’ammoniaca viene utilizzata nella maggior parte dei fertilizzanti ed è una parte vitale del nostro moderno sistema alimentare. Può anche essere applicato come carburante verde in settori come la navigazione transoceanica. Il problema è che gli attuali processi utilizzati per produrre ammoniaca richiedono molta energia e producono grandi quantità di gas serra che causano il cambiamento climatico – più dell’1% del totale globale. Il nuovo studio ha scoperto che le condizioni interne del pianeta possono essere utilizzate per produrre ammoniaca in un processo molto più pulito.
“La Terra potrebbe essere una fabbrica di produzione chimica”, afferma Iwnetim Abate, professore al MIT e autore del nuovo studio.
Questa idea potrebbe rappresentare un cambiamento importante per l’industria chimica, che attualmente fa affidamento su enormi impianti che eseguono reazioni a temperature e pressioni estremamente elevate per produrre ammoniaca.
Gli ingredienti principali per la generazione di ammoniaca sono fonti di azoto e idrogeno. Attualmente, gran parte dell’attenzione sui metodi di produzione più puliti è rivolta alla ricerca di nuovi modi per produrre idrogeno, poiché questa sostanza chimica costituisce la maggior parte dell’impronta climatica dell’ammoniaca, afferma Patrick Molloy, direttore dell’agenzia di ricerca no-profit Rocky Mountain Institute.
Recentemente, ricercatori e aziende hanno individuato depositi naturali di idrogeno nel sottosuolo. Le rocce ricche di ferro tendono a innescare reazioni che producono il gas e questi depositi naturali potrebbero fornire una fonte di idrogeno a basso costo e a basse emissioni.
Sebbene l’idrogeno geologico sia ancora agli inizi come industria, alcuni ricercatori sperano di aiutare il processo incoraggiando la produzione sotterranea. Con le rocce giuste, il calore e un catalizzatore, è possibile produrre il gas a buon mercato e senza emettere grandi quantità di inquinamento climatico.
Tuttavia, l’idrogeno può essere difficile da trasportare. In questo senso, Abate era interessato a fare un ulteriore passo avanti, lasciando che le condizioni sotterranee facessero il lavoro pesante per alimentare le reazioni chimiche che trasformano l’idrogeno e l’azoto in ammoniaca. “Quando scavi, ottieni calore e pressione gratuitamente”, dice. Per testare come ciò potesse funzionare, Abate e il suo team hanno frantumato minerali ricchi di ferro e hanno aggiunto nitrati (una fonte di azoto), acqua (una fonte di idrogeno) e un catalizzatore per favorire le reazioni in un piccolo reattore in laboratorio. Hanno scoperto che anche a temperature e pressioni relativamente basse, erano in grado di produrre ammoniaca nel giro di poche ore. Se il processo venisse ampliato, stimano i ricercatori, un pozzo potrebbe produrre 40.000 chilogrammi di ammoniaca al giorno.
Sebbene le reazioni tendano ad essere più veloci ad alta temperatura e pressione, i ricercatori hanno scoperto che la produzione di ammoniaca potrebbe essere un processo economicamente fattibile anche a 130°C (266°F) e poco più di due atmosfere di pressione. Queste condizioni sarebbero accessibili a profondità raggiungibili con la tecnologia di perforazione esistente.
Anche se le reazioni funzionano in laboratorio, c’è ancora molto lavoro da fare per determinare se e come il processo possa effettivamente avvenire sul campo. Una cosa che il team dovrà capire è come mantenere attive le reazioni, perché nella reazione che forma l’ammoniaca, la superficie delle rocce ricche di ferro verrà ossidata, lasciandole in uno stato in cui non possono più reagire. Ma Abate dice che il team sta lavorando per controllare lo spessore dello strato di roccia inutilizzabile e la sua composizione in modo che le reazioni chimiche possano continuare.
Per commercializzare questo lavoro, Abate sta co-fondando una società chiamata Addis Energy con 4,25 milioni di dollari in finanziamenti pre-seed da parte di investitori tra cui Engine Ventures. I suoi co-fondatori includono Michael Alexander e Charlie Mitchell (che in precedenza hanno lavorato nel settore del petrolio e del gas) e Yet-Ming Chiang, professore del MIT e imprenditore seriale. La società lavorerà per aumentare la portata della ricerca, inclusa la ricerca di potenziali luoghi con condizioni geologiche per produrre ammoniaca nel sottosuolo.
La buona notizia per gli sforzi di espansione è che gran parte della tecnologia necessaria esiste già nelle operazioni di petrolio e gas, afferma Alexander, amministratore delegato di Addis. Un sistema implementato sul campo comporterà la perforazione, il pompaggio di fluidi nel terreno e l’estrazione di altri fluidi dal sottosuolo, tutte operazioni molto comuni in questo settore. “C’è una nuova chimica coinvolta in un pacchetto di petrolio e gas”, afferma.
Il team lavorerà anche per perfezionare le stime dei costi del processo e per acquisire una migliore comprensione della sicurezza e della sostenibilità, afferma Abate. L’ammoniaca è una sostanza chimica industriale tossica, ma è abbastanza comune da richiedere procedure consolidate per maneggiarla, immagazzinarla e trasportarla, afferma Molloy di RMI.
A giudicare dalle stime iniziali dei ricercatori, l’ammoniaca prodotta con questo metodo potrebbe costare fino a 0,55 dollari al chilogrammo. Si tratta di una cifra superiore a quella dell’ammoniaca attualmente prodotta dai combustibili fossili (0,40 dollari al kg), ma la tecnica sarebbe probabilmente più economica rispetto ad altri metodi a basse emissioni. Gli aggiustamenti dei processi, compreso l’utilizzo di azoto atmosferico al posto dei nitrati, potrebbero contribuire a ridurre ulteriormente i costi, fino a 0,20 dollari/kg.
Nuovi approcci alla produzione di ammoniaca potrebbero essere cruciali per gli sforzi climatici. “È una sostanza chimica essenziale per il nostro stile di vita”, afferma Karthish Manthiram, un professore del Caltech che studia l’elettrochimica, compresi i metodi alternativi per generare ammoniaca.m
La ricerca del team sembra essere stata progettata pensando alla scalabilità fin dall’inizio. Inoltre, utilizzare la Terra stessa come reattore è il tipo di pensiero necessario per accelerare il percorso a lungo termine verso una produzione chimica sostenibile, aggiunge Manthiram. Mentre l’azienda si concentra su sforzi di ampliamento, c’è ancora molto lavoro da fare da parte di Abate e di altri laboratori per capire cosa accade durante le reazioni a livello atomico, in particolare all’interfaccia tra le rocce e il fluido di reazione.
La ricerca di laboratorio è entusiasmante, ma è solo il primo passo, afferma il professore del MIT. Il prossimo è vedere se funziona effettivamente al di fuori di un ambiente controllato.
( fonte: MIT Technology Review)
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