Utilizzo dell ammoniaca per immagazzinare Idrogeno.

L’atomo di Azoto, costituente l’ammoniaca ( NH3), si lega con 3 atomi di Idrogeno, immagazzinando il 70% più energia dell’Idrogeno liquido.

confronto in volume.

  • L’ammoniaca ha una densità energetica di 15,6 MJ/litro,
  • L’Idrogeno liquido ha una densità energetica di 9,1 MJ/litro, e necessita di temperature molto basse (-253°C), per rimanere allo stato liquido.
  • L’Idrogeno mantenuto a 700 bar ha una densità energetica di 5,6 MJ/litro.

Paragonando la densità energetica  in peso, l’ammoniaca trasporta 6250 Wh/kg, circa il 20% più energia delle attuali batterie al Litio.

L’interesse si concentra sulla produzione di ammoniaca perché è più facile da immagazzinare, trasportare e distribuire utilizzando le strutture attualmente disponibili.

Attualmente esistono due sistemi per recuperare l’Idrogeno contenuto nell’ammoniaca: Cracking e Fuel cell.

Cracking (chemistry) - Wikipedia

Sottoponendo la molecola di ammoniaca ad alta temperatura, alta pressione in presenza di catalizzatori, si scinde la molecola NH3, separando i due gas H2 e N2 ; bruciando questi due gas, si ottiene acqua e ossidi di Azoto, altamente inquinanti.

Inoltre, l’ammoniaca non brucia a bassa temperatura, pertanto è necessario l’utilizzo di un altro combustibile per iniziare la reazione di ossidazione con produzione di CO2 e altri ossidi di Azoto.

 

La società australiana CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization), vanta un recupero energetico del 21% (2315 Wh/kg), rispetto alla energia utilizzata per produrre l’ammoniaca.

 

 https://www.wartsila.com/media/news/30-06-2020-world-s-first-full-scale-ammonia-engine-test---an-important-step-towards-carbon-free-shipping-2737809?utm_campaign=pressrelease+&utm_medium=organic-social&utm_source=linkedin&utm_content=ammoniapart&utm_term=marine

Celle a combustibile per ottenere elettricità.

https://www.ammoniaenergy.org/articles/round-trip-efficiency-of-ammonia-as-a-renewable-energy-transportation-media/

Rendimento del recupero dell’Idrogeno contenuto nell’ammoniaca, rispetto l’energia utilizzata per la sua produzione.

 

La società CSIRO, vanta un recupero di 2094 Wh/kg utilizzando una cella combustibile, con una resa del 19%.

 

L’utilizzo di celle a combustibile ad alta temperatura, con membrana (SOFC), che è costoso e lento, ha una resa del 50%, recuperando 5510 Wh/kg .

 

https://www.fch.europa.eu/news/major-fch-ju-funded-project-will-install-world%E2%80%99s-first-ammonia-powered-fuel-cell-vessel

produzione dell’ammoniaca

La produzione di ammoniaca è un processo inquinante e costoso; il metodo Haber-Bosh (400°C 250 bar) in presenza di un catalizzatore ferroso, recupera l’Idrogeno contenuto nel Metano (CH4), facendolo reagire con l’Azoto, recuperato dall’atmosfera .

Life cycle energy use and greenhouse gas emissions of ammonia production from renewable resources and industrial by-products - Green Chemistry (RSC Publishing)

 

Steam reforming - Wikipedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Haber_process

 

La produzione dell’Idrogeno per elettrolisi, riduce in parte l’inquinamento atmosferico.

“reverse fuel cell”,  è una tecnologia emergente, che non necessità di alta pressione e calore, utilizza  l’aria e l’acqua per ottenere ammoniaca e non produce sottoprodotti inquinanti, ma attualmente il processo è lento.

Ammoniaラa renewable fuel made from sun, air, and waterラcould power the globe without carbon | Science | AAAS

 

La cella combustibile inversa, invece di produrre energia, necessita di una alimentazione esterna.

la cella è costituita da un contenitore, contenente un elettrolita, un anodo, un catodo, rivestiti da un catalizzatore, e da una membrana, che lascia passare solo i protoni H+, che separa l’anodo dal catodo.

Dal lato di un elettrodo entra l’Azoto (N2), all’altro entra l’acqua che genera i protoni H+ e libera gli elettroni e- ,che raggiungono l’altro elettrodo tramite un conduttore metallico esterno mentre l’Ossigeno (O2), è liberato nell’ambiente.

Il protone H+, libero di muoversi nell’elettrolita, attraversa la membrana permeabile ai protoni, raggiungendo l’altro elettrodo, dove, il catalizzatore che lo riveste, scinde la molecola N2, che in presenza di elettroni (e-) e protoni (H+), forma l’ammoniaca (NH3), che è raccolta e immagazzinata.

Reverse fuel cell

rick 3Riccardo Monti