Estrarre il fertilizzante dall'aria e dall'acqua
L'elettrolisi pulsata apre una strada verso la produzione sostenibile di composti azotati come ammoniaca e urea
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I fertilizzanti a base di azoto sono essenziali per l'agricoltura moderna e composti come l'ammoniaca e l'urea sono ampiamente utilizzati anche nell'industria. Tuttavia, la loro produzione e il loro uso convenzionale pongono grandi sfide ambientali. La sintesi industriale dell'ammoniaca attraverso il processo Haber-Bosch consuma grandi quantità di energia, mentre l'eccessivo deflusso dei fertilizzanti contamina il suolo e l'acqua. Inoltre, il protossido di azoto, un sottoprodotto della produzione di composti azotati, è un potente gas serra con un potenziale di riscaldamento globale quasi 300 volte superiore a quello dell'anidride carbonica. "L'elettrolisi pulsata potrebbe offrire un'alternativa sostenibile", spiega il dottor Dandan Gao, chimico dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU). "Questo metodo emergente utilizza l'azoto in eccesso dall'aria e dall'acqua come materiale di partenza, consentendo una produzione efficiente dal punto di vista energetico di composti preziosi come l'ammoniaca e l'urea". In una minireview pubblicata di recente su Angewandte Chemie, Gao, i colleghi della JGU e i collaboratori dell'Harbin Institute of Technology di Shenzhen, in Cina, riassumono gli ultimi progressi in questo campo promettente e delineano le direzioni chiave per la ricerca futura. "Fornendo una chiara panoramica di ciò che è stato raggiunto finora e di ciò che resta da esplorare, ci proponiamo di accelerare i progressi verso una conversione sostenibile dell'azoto", spiega Gao. "In definitiva, vogliamo contribuire a trasformare l'azoto di scarto presente nell'ambiente in prodotti utili".
Il Dr. Dandan Gao con i due autori principali dell'attuale articolo di revisione, il Dr. Bahareh Feizi Mohazzab e Kiarash Torabi della JGU (da sinistra a destra).
© Shikang Han
Tradizionalmente, l'ammoniaca viene prodotta attraverso il processo Haber-Bosch, che richiede temperature e pressioni elevate (da 400 a 500 gradi Celsius) e quindi un elevato consumo energetico. L'elettrolisi pulsata, invece, consente la formazione di ammoniaca e persino di urea a temperatura ambiente utilizzando l'elettricità, idealmente proveniente dall'energia solare o eolica. In questo processo, due elettrodi sono immersi in acqua contenente nitrati o nitriti. Quando viene applicata una tensione elettrica, questi composti azotati vengono ridotti ad ammoniaca. A differenza dell'elettrolisi convenzionale, l'elettrolisi pulsata varia la tensione e la corrente, il che non solo aumenta l'efficienza della reazione, ma può anche allinearsi naturalmente alle fonti di energia rinnovabili intermittenti.
Confronto dei risultati di tutti gli studi disponibili
"Poiché mancava ancora una panoramica completa su questo argomento, abbiamo analizzato tutti gli studi disponibili sull'elettrolisi pulsata e confrontato i loro risultati", spiega Gao. "Il nostro obiettivo è evidenziare il potenziale di questa tecnologia di rilevanza ambientale e fornire una tabella di marcia per il lavoro futuro". A lungo termine, Gao prevede che l'elettrolisi pulsata potrebbe contribuire a ridefinire il ciclo dell'azoto, rendendo la produzione di fertilizzanti più pulita, più efficiente e meglio allineata con un futuro di energia rinnovabile.
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Pubblicazione originale
Kiarash Torabi, Rongji Liu, David Leander Troglauer, Christean Nickel, Guillermo Corea, Tiansheng Bai, Deping Li, Lijie Ci, Bahareh Feizi Mohazzab, Dandan Gao; "Reductive Nitrogen Species Activation via Pulsed Electrolysis: Recent Advances and Future Prospects"; Angewandte Chemie International Edition, 2025-10-24
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