Nuove prospettive per l'ammoniaca verde
Lo studio fornisce un progetto per un impianto di produzione flessibile al carico e a costi inferiori
La conversione della produzione di ammoniaca in un processo a basse emissioni è una delle principali sfide nella lotta al cambiamento climatico. L'ammoniaca, una delle sostanze chimiche più prodotte al mondo, è essenziale per l'industria dei fertilizzanti e, a sua volta, per la produzione di alimenti di origine vegetale. Tuttavia, la sua produzione è costosa e causa elevate emissioni. Un team di ricerca del Forschungszentrum Jülich, dell'Università Tecnica di Monaco e dell'azienda chimica Linde Engineering ha condotto uno studio che simula l'aspetto di un reattore per produrre ammoniaca in modo economico e rispettoso dell'ambiente, cioè basato sulle energie rinnovabili. I risultati sono stati pubblicati sull'International Journal of Hydrogen Energy.
L'ammoniaca come minaccia per il clima
Secondo la British Royal Society, la produzione globale di ammoniaca genera ogni anno circa 500 milioni di tonnellate di CO₂. Ciò equivale alle emissioni annuali di CO₂ della Germania e a circa l'1,8% delle emissioni globali. Il motivo principale è che la sintesi convenzionale dell'ammoniaca richiede idrogeno, che finora è stato ottenuto quasi esclusivamente dal gas naturale - un processo che rilascia grandi quantità di CO₂.
L'ammoniaca verde offre un'alternativa rispettosa del clima: l'idrogeno (H2) necessario non è ottenuto dal gas naturale, ma dall'acqua tramite elettrolisi. L'acqua viene scissa in ossigeno (O2) e idrogeno utilizzando energia elettrica da fonti rinnovabili. L'idrogeno così ottenuto reagisce con l'azoto (N2) dell'aria per formare ammoniaca (NH₃) mediante il processo Haber-Bosch.
Il problema è che l'elettricità proveniente dall'energia eolica e solare non è continuamente disponibile. Di conseguenza, l'elettrolisi non fornisce costantemente la stessa quantità di idrogeno: l'alimentazione del sistema è quindi fluttuante. Per rispondere in modo flessibile a queste fluttuazioni, un impianto di ammoniaca deve essere in grado di aumentare o diminuire la propria produzione, ossia deve essere flessibile al carico.
Tuttavia, i sistemi convenzionali sono progettati per un funzionamento continuo e costante. Le rapide variazioni di carico provocano forti fluttuazioni di pressione all'interno dei reattori e delle tubazioni. Ciò comporta una forte sollecitazione meccanica dei componenti. Per resistere a queste sollecitazioni a lungo termine, gli apparati dovrebbero essere costruiti con pareti più spesse e materiali più robusti. Questo aumenterebbe notevolmente i costi e renderebbe la costruzione molto più complessa.
Ed è proprio qui che entra in gioco il nuovo studio. Esso mostra come sia possibile ridurre queste fluttuazioni di pressione con un sistema di controllo intelligente. Questo, a sua volta, riduce i requisiti di stabilità meccanica degli impianti.
Una nuova soluzione per le vecchie fluttuazioni
"Affinché l'ammoniaca verde possa contribuire alla lotta contro il cambiamento climatico, i costi devono essere competitivi", afferma il Prof. Andreas Peschel, direttore dell'Istituto per l'economia sostenibile dell'idrogeno del Forschungszentrum Jülich e coautore dello studio.
Secondo lo studio, questo risultato può essere ottenuto con un nuovo tipo di regolatore di pressione nel cosiddetto loop dell'ammoniaca. Questa fase di produzione garantisce che i gas di reazione inutilizzati, come l'idrogeno e l'azoto, vengano reimmessi nel processo. Secondo le simulazioni del team, il controllo flessibile di questo loop consente di ottenere variazioni di carico ad alta velocità e con basse fluttuazioni di pressione.
La produzione può essere modificata del 3% in un minuto, una velocità che non è possibile con gli attuali impianti a gas naturale. Ciò significa che in futuro saranno sufficienti tamponi più piccoli e pareti più sottili per i componenti del sistema, con conseguente riduzione dei costi dei materiali.
In uno studio precedente, il team ha presentato un tipo di reattore con funzionamento flessibile. Il prossimo passo è ora previsto presso il Forschungszentrum Jülich: impianti pilota che dimostrino il nuovo sistema di controllo della pressione e la dinamica ad alto carico in condizioni realistiche.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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