Dai fulmini una "guida" per produrre fertilizzanti non inquinanti: ridurrebbe i combustibili fossili

Produrre l'ammoniaca necessaria ai fertilizzanti senza alcuna impronta di carbonio. È la sfida vinta da un team guidato dall'Università di Buffalo, che ha sviluppato un reattore capace di creare questa sostanza chimica dall'azoto presente nell'aria e nell'acqua, senza emissioni inquinanti. Per l'agricoltura potrebbe essere proprio una rivoluzione: i fertilizzanti sintetici forniscono gran parte dell'approvvigionamento alimentare mondiale e hanno permesso l'esplosione demografica del secolo scorso, ma minacciano anche l'esistenza delle generazioni future.

Una soluzione che ridurrebbe i combustibili fossili e il consumo di energia 

Il processo di produzione consuma circa il 2% dell'energia totale del mondo e l'idrogeno necessario per la reazione proviene per lo più da combustibili fossili. Il team di ricerca si è quindi ispirato al modo in cui la natura - compresi i fulmini - produce ammoniaca e ha realizzato un reattore elettrochimico al plasma - descritto in uno studio pubblicato dal Journal of the American Chemical Society - che è in grado di sostenere un elevato tasso di produzione di ammoniaca, pari a circa 1 grammo al giorno per oltre 1.000 ore a temperatura ambiente, e lo fa direttamente dall'aria. I ricercatori affermano che si tratta di un progresso significativo verso la sintesi di ammoniaca verde con un tasso di produzione e una stabilità di reazione competitivi a livello industriale. “L'ammoniaca è spesso considerata la sostanza chimica che alimenta il mondo, ma dobbiamo anche renderci conto che il processo Haber-Bosch non è stato modernizzato dalla sua invenzione 100 anni fa. Utilizza ancora un processo ad alta temperatura e ad alta pressione e genera una grande impronta di carbonio, rendendolo insostenibile a lungo termine”, spiega l'autore corrispondente dello studio, Chris Li, PhD, professore assistente di chimica presso l'UB College of Arts and Sciences.

“Il nostro processo richiede solo aria e acqua e può essere alimentato da elettricità rinnovabile”. La natura ha il suo modo di produrre fertilizzanti. Nella fissazione dell'azoto, l'energia elettrica di un fulmine rompe le molecole di questa sostanza nell'atmosfera per formare diverse specie di ossido di azoto. Dopo essere caduti sotto forma di acqua piovana, gli ossidi di azoto vengono convertiti in ammoniaca dai batteri del suolo, fornendo alle piante i nutrienti. Nel reattore a due fasi del team guidato dall'UB, il ruolo del fulmine è sostituito dal plasma e quello dei batteri da un catalizzatore di rame-palladio. L'équipe di Li sta esplorando sia la possibilità di avviare una startup sia di collaborare con l'industria per contribuire alla sua commercializzazione. L'Ufficio per il trasferimento tecnologico dell'UB ha depositato una domanda di brevetto sul reattore e sui metodi per il suo utilizzo.