Energia, ammoniaca verde tra i vettori del futuro Obiettivo 200mln ton per traffico navale al 2050 Mondo scientifico e imprese si confrontano a Bari. L’ammoniaca permetterà di decarbonizzare anche settori hard-to-abate
BARI – Utilizzare l’ammoniaca come vettore energetico a emissioni zero per decarbonizzare in primis il trasporto navale e su strada e l’industria hard-to-abate (come quella dell’acciaio, del vetro, della ceramica e del cemento), con un obiettivo ambizioso: entro il 2050 alimentare il traffico navale con circa 200 milioni di tonnellate annue. Di questo il mondo accademico, della ricerca e delle imprese in Italia, ha discusso durante il secondo Italian Workshop on Ammonia Energy, sponsorizzato da Fondazione NEST e dalla Sezione Italiana del Combustion Institute, che si è tenuto al Politecnico di Bari con l’organizzazione di PoliBa, Università di Perugia, Università di Pisa, Università di Roma La Sapienza e Università di Firenze, coordinati dall’Istituto STEMS di Napoli del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
La comunità scientifica è al lavoro, e l’Italia in questo è capofila internazionale, per sostituire combustibili fossili con vettori energetici a zero emissioni. I vettori di energia “verdi” non sono altro che molecole utilizzate per immagazzinare le energie rinnovabili e trasportarle ovunque, e tra queste molecole, l’ammoniaca sta assumendo un ruolo strategico rilevante. Anche perché, a differenza, ad esempio, dell’idrogeno, garantirebbe una transizione energetica più facile da gestire, più economica e che non richiede uno stravolgimento delle attuali filiere dell’energia.
“Quello di cui abbiamo bisogno a livello mondiale, e in primis italiano, lo voglio ribadire, è aumentare la nostra capacità autonoma di generare energia pulita – commenta il presidente di Fondazione NEST e Rettore del Politecnico di Bari, Francesco Cupertino – Per questo tra le diverse attività di ricerca che Fondazione Nest sta portando avanti, per accelerare la transizione energetica, c’è quella sull’integrazione dei vettori energetici, e in questo la sperimentazione dell’ammoniaca verde è essenziale. A studiarla, con risultati molto incoraggianti, è in particolare lo Spoke 4 di Fondazione Nest che si occupa proprio di idrogeno verde e altri vettori a impatto zero. La nostra missione è supportare con la ricerca le scelte che ci condurranno a una vera transizione energetica, che è necessario compiere – sempre di più – in tempi rapidi”.
I VANTAGGI
L’ammoniaca è un vettore energetico che non contiene carbonio, e dunque il suo utilizzo come vettore di energia comporta una emissione di CO2 pari a zero. Un’economia basata sull’ammoniaca verde, al pari di quella basata sull’idrogeno verde, comporterebbe quindi la completa decarbonizzazione del settore energia. Ma l’ammoniaca ha diversi vantaggi rispetto all’idrogeno verde: il suo trasporto e stoccaggio sono di gran lunga più facili, e inoltre l’ammoniaca può contare su una già esistente capillare infrastruttura di trasporto poiché, essendo largamente utilizzata come fertilizzante ed essendo la seconda sostanza chimica più prodotta al mondo, viene commerciata e scambiata a livello globale. Ad esempio, l’idea di trasportare energia mediante ammoniaca prodotta in regioni-hub di energia rinnovabile, come l’Australia ed il Cile, è già stata dimostrata ed è alla base di numerosi accordi internazionali.
Per quanto riguarda lo stoccaggio, basti pensare che l’idrogeno liquido a pressione atmosferica deve essere raffreddato a -253°C, mentre l’ammoniaca a pressione atmosferica può essere immagazzinata in forma liquida alla temperatura di -33°C. A temperatura ambiente l’ammoniaca può essere conservata in forma liquida a 10 atmosfere mentre l’idrogeno deve essere compresso ad almeno 700 atmosfere, ponendo notevoli problemi di compressione e di tenuta dei serbatoi di conservazione. Inoltre l’ammoniaca ha un potere calorifico per unità di volume che è di gran lunga maggiore di quello dell’idrogeno: infatti l’ammoniaca liquida ha una densità di energia in volume di 12,7 MegaJoule per litro, mentre l’idrogeno liquido ha una densità di energia pari a 8,5 MegaJoule per litro.
OBIETTIVO 2050
I principali settori in cui è previsto l’utilizzo dell’ammoniaca come vettore energetico sono il settore marittimo, quello industriale hard to abate (vetro, cemento, acciaio, ceramica) e il settore della generazione di potenza (power). Scenari possibili del settore marittimo, di cui si è discusso al workshop di Bari patrocinato da Fondazione Nest, prevedono per il 2050 un utilizzo di ammoniaca come combustibile nel settore navale pari a circa 200 milioni di tonnellate annue.
Le infrastrutture per lo stoccaggio ed il trasporto di ammoniaca sono già esistenti, con circa 200 terminali portuali attualmente in uso, a differenza di quanto accade per l’idrogeno, per il quale non esistono ancora infrastrutture di stoccaggio e distribuzione sufficienti per garantire un suo utilizzo diffuso. In questo, l’utilizzo dell’ammoniaca comporterebbe un risparmio economico notevole.
LE PROBLEMATICHE
Esistono ancora problematiche da affrontare affinché si possa considerare l’utilizzo dell’ammoniaca come vettore energetico su larga scala e su questo sono in corso diverse ricerche a livello nazionale. Una di queste problematiche – analizzate durante il workshop di Bari – è che attualmente l’utilizzo dell’ammoniaca come vettore di energia è in competizione con il suo utilizzo come fertilizzante: perché l’ammoniaca venga utilizzata come combustibile verde la sua produzione dovrebbe essere incrementata dell’80% da qui al 2050, con scenari che richiedono un incremento della produzione mondiale dalle 183 milioni di tonnellate annue nel 2020 a 333 milioni di tonnellate annue nel 2050.
Per questo motivo la comunità scientifica mondiale vede come necessario sfruttare nel miglior modo possibile le zone geografiche che possono essere considerate hub energetici per la disponibilità di fonti rinnovabili, come per esempio le regioni del sud Europa, ed investire in ricerca e sviluppo di processi di sintesi di ammoniaca verde, in modo tale da far ridurre il suo costo al 50% del costo attuale nel 2030 e al 30 % del costo attuale entro il 2050.
Altra problematica, superabile, è che, nel caso dell’utilizzo nei sistemi di combustione tradizionale (quindi ad esempio motori di navi e aerei), porta ad un incremento di emissione di ossidi di azoto (NOx), da poche parti per milione a migliaia di parti per milione. Ma esistono efficaci e consolidate tecnologie di abbattimento degli NOx e sono adesso disponibili tecnologie avanzate di combustione capaci di garantire emissioni nei limiti previsti dalle normative.
LE RICERCHE IN CORSO
L’Italia, come detto, è tra i Paesi dove la ricerca su questo vettore energetico del futuro è più avanzata, a livello internazionale. Studi e campagne sperimentali sull’utilizzo di ammoniaca in sistemi di combustione avanzata, come la combustione MILD o senza fiamma, e nei motori navali sono da qualche anno in atto presso l’Istituto di Scienze e Tecnologie per l’Energia e la Mobilità Sostenibile del Consiglio Nazionale delle Ricerche. L’Università di Perugia e l’Università di Pisa hanno svolto e stanno svolgendo studi pionieristici sull’utilizzo di ammoniaca nelle celle a combustibile e nei motori a combustione interna e sulla generazione di ammoniaca verde. Il Politecnico di Bari, l’Università di Firenze e l’Università di Roma La Sapienza sono focalizzate su studi numerici avanzati per il design e l’ottimizzazione dei processi di combustione dell’ammoniaca. Queste alcune delle attività di ricerca svolte presso gli enti di ricerca ed università coinvolte nella organizzazione del workshop, durante il quale hanno discusso i risultati dei propri studi sull’ammoniaca rappresentanti di molti altri istituti di ricerca ed università italiane.