Si parla tanto, fin troppo, di idrogeno, ma quasi nulla di ammoniaca che secondo molti potrebbe essere utilizzata con buoni risultati a fini energetici e anche come combustibile nei motori a scoppio e in aviazione. Questa la riflessione di Alessandro che ci ha inviato le 5 domande secche del formato YouTube “Fuoco amico”, chiedendo espressamente che a rispondere fosse il professor Alessandro Abbotto. Detto, fatto.
Il professor Abbotto, firma nota ai lettori di Vaielettrico per il prezioso contributo di articoli divulgativi, autore di numerosi libri su idrogeno ed ecosistema dell’auro elettrica, è professore di Chimica dei Materiali all’Università Bicocca di Milano e presidente della Divisione di Chimica Organica della Società Chimica Italiana. E, guarda caso, è in procinto di pubblicare un lavoro dedicato proprio all’ammoniaca a fini energetici.
Rispondendo alle domande di Alessandro, Abbotto ci spiega perchè sia un vettore energetico di grandi potenzialità, con molti “pro” ma allo stato attuale della tecnologia altrettanti “contro”, in particolare come carburante nel trasporto leggero.
Ammoniaca, la molecola che toglie la fame dal mondo
L’ammoniaca, spiega , è la star della chimica mondiale da quando due premi Nobel, all’inizio del Novecento, scoprirono il procedimento per sintetizzarla unendo un atomo di Azoto e tre di idrogeno (NH3 la formula). E’ prevalentemente utilizzata come fertilizzante. Anzi, è il fertilizzante che ha permesso di raddoppiare la produzione agricola mondiale garantendo l’alimentazione a 8 miliardi di esseri umani. Si calcola per esempio che senza ammoniaca un kg di pane costerebbe 10 volte di più. Insomma, è una molecola di cui l’umanità non può più fare a meno.
Se ne producono 200 milioni di tonnellate all’anno con processi molto energivori, ad enorme pressione e altissima temperatura. Tuttavia il prodotto finale, che è un gas, liquefa a pressioni di sole 7-8 atmosfere e a una temperatura di circa -30 gradi centigradi. Perciò non è difficile da stoccare e da trasportare via nave, treno o tubazioni. Oggi le navi adibite alla trasporto dell’ammoniaca sono centinaia e circa 200 i porti in grado di trattarla.
Pro e contro nell’energia: ok per stoccaggio e trasporto navale, troppo tossico e poco infiammabile per il motore dei veicoli leggeri
Di utilizzo come vettore energetico si parla solo da pochi anni, e solo a livello scientifico e sperimentale, pur avendo una densità energetica superiore all’idrogeno e pari a circa il 60% dei combustibili fossili.
La densità energetica è dunque uno dei punti a favore, assieme ad una logistica matura e consolidata, alla facilità di stoccaggio e trasporto, e infine al fatto che non rilascia carbonio nella combustione, quindi non genera gas serra.
Di contro emana un odore sgradevole, è tossica allo stato puro e quindi presenta problemi di sicurezza, è meno infiammabile e brucia peggio dell’idrogeno e dei carburanti fossili.
Il bilancio fra energia utilizzata per produrla e energia rilasciata è migliore rispetto all’idrogeno puro. Produrre 1 kg di idrogeno richiede 50-55 kWh di energia, per produrre un kg di ammoniaca bastano 8-10 kwh. E un litro di ammoniaca contiene più idrogeno di un litro di idrogeno puro.
Alla luce di tutto questo, chiede il nostro Alessandro, come si potrebbe utilizzare in campo energetico? Abbotto risponde che le attuali sperimentazioni, alcune in stato avanzato, riguardano soprattutto lo stoccaggio annuale di energia da trasformare in elettricità in centrali termoelettriche al posto del gas naturale o direttamente attraverso fuel cells.
Altro impiego in corso di sviluppo sarebbe nel trasporto pesante marittimo: sono allo studio sia motori termici alimentati ad ammoniaca, sia motori elettrici a celle combustibile. Si legge infine di sperimentazioni nel campo dell’aviazione.
Più difficile, secondo Abbotto, un impiego nel trasporto individuale leggero di massa.
In primo luogo per problemi di sicurezza: una fuga di ammoniaca tossica presenta rischi letali per l’uomo. Utilizzarla in sicurezza su milioni di veicoli privati è praticamente impossibile. In secondo luogo la bassa velocità di accensione e le difficoltà di combustione mal si adattano ai motori termici dei veicoli leggeri. Al limite sarebbe possibile utilizzare un blend con l’80% di ammoniaca e il 20% di carburante fossile, benzina o metanolo.
Fotosintesi artificiale: un sogno (non troppo) lontano
Quanto alla sostenibilità del processo produttivo, Abbotto fa notare che tutto o quasi dipende da come viene prodotto l’idrogeno. Se è “verde” quello, cioè prodotto con energia da fonte rinnovabile, e se è altrettanto “verde” l’ulteriore quota di energia necessaria alla sintesi con l’azoto per comporre la molecola dell’ammoniaca, il problema emissioni non esiste: la sostenibilità è al 100%. Ma oggi mancano entrambe le pre condizioni. Dunque l’ammoniaca “verde” non esiste, se non in laboratorio.
Tuttavia molte Università, tra cui Milano Bicocca, stanno studiando miglioramento tecnologici in grado di ottimizzare la produzione della molecola.
Un’innovazione risolutiva potrebbe arrivare dall’Università di Harward, dove un team di ricercatori ha già realizzato in laboratorio la cosiddetta fotosintesi artificiale. E’ un procedimento che trasforma direttamente l’azoto atmosferico in ammoniaca operando la sintesi con l’idrogeno attraverso l’irraggiamento solare. Sarebbe una rivoluzione epocale, sia per il settore agricolo, sia per quello energetico. «Ma industrializzare una tecnologia del genere – mette in guardia Abbotto – richiederà non meno di 15-20 anni. Se mai ci si riuscirà».
LEGGI anche “Sogni all’idrogeno: se fosse quello “bianco” il nuovo petrolio?” e guarda il VIDEO
quindi non posso fare il pieno alla mia alfa coi fustini di ammoniaca del supermercato? mannaggia.. 😁😎
comunque sposo le idee partorite dal buon alessandro, a partire dal cambio: di quanto aumenterebbe l’autonomia autostradale con una 2° marcia di “riposo”?
Bosh qualche anno fa parlava di un 7%, probabilmente lavorandoci su di fino si riuscirebbe ad arrivare a un 10%.
Che non è una roba da buttare via, ma nemmeno ti cambia la vita dal giorno alla notte.
Vale la pena se ti inventi un sistema molto semplice, che costa poco e che non è particolarmente complicato.
Perche non si può fare un copia e incolla di un cambio automobilistico “classico”, bisogna fare delle cose specifiche.
solo?
ma sono del mestiere questi? 😁 (zalone)
non essendo studiato, faccio qualche considerazione spicciola:
una tesla m3 “dovrebbe” consumare dai 120 ai 140 wh/km misto, 150 a 110 e un po’ meno di 200 a 130 (dati teslari). tutto ciò in presa diretta: ma se il motore fosse innestato a un piccolo ingranaggio (a mo di tornio) che mi aumenta la velocità a parità di giri/consumo, ipotesi a 130 consumo di 140 wh/km, sarebbe così malvagio? ripeto: non sono studiato.
2 ruote dentate (denti dritti così fischia anche 😉) non penso che assorbano chissà quanto.
ovviamente, come dici, va studiato bene, ma che non mi si dica che il maggior consumo è dovuto solo all’attrito dell’aria.
perché si parla tanto di autonomie migliorate, ma io vedo solo pacchi batterie più grandi..
Roba da mettersi le mani nei capelli. E pretende pure di dire la sua.
-che non mi si dica che il maggior consumo è dovuto solo all’attrito dell’aria.-
Mi tocca darle un dispiacere… 😂
Detto questo, il discorso sarebbe piuttosto lungo. La scelta oppure la necessità di mettere più rapporti o di metterne uno solo dipendono da un sacco di contingenze che possono essere tutte vere o tutte false a seconda del contesto.
La cosa interessante è che si può fare molto più facilmente di quello che il famoso utente medio potrebbe essere portato a pensare (e spesso quando le case lamentano difficoltà tecniche, le posso assicurare che nei loro pianti c’è una buona percentuale di balle… 😇🤭).
Inoltre è altrettanto falso pensare che ipso facto l’adozione di un riduttore a più velocità comporti una strage in termini di efficienza rispetto ad una soluzione al rapporto fisso, che magari per forza di cose può anche prevedere negli stadi di riduzione multipli (interessante a questo soggetto andarsi a cercare la fotografia del riduttore Volkswagen aperto: il rapporto è 1, ma ci sono dentro almeno due giri di ingranaggi tra l’uscita dell’albero motore e l’asse del differenziale)
Per non parlare poi della simpatica tendenza di volere elevare il numero di giri (ormai i 30.000 sono cosa fatta), soluzione che rende felice i progettisti della parte elettrica i quali però bontà loro non si devono occupare delle dissipazioni meccaniche che letteralmente esplodono al di sopra di certi limiti (salvo chiaramente mettere dentro della componentistica sempre più costosa) e di diversi altri problemi di natura meccanica per risolvere i quali si finirebbe col mangiarsi tutto il vantaggio che può derivare dal far girare così tanto il rotore
Insomma: come vedi mi sono già dilungato senza aver detto niente di particolare.
La cosa bella è che si possono fare veramente tantissime cose e di conseguenza sarebbe un peccato fossilizzarsi solo su un’unica possibile soluzione.
Però come detto le cose devono avere un senso, e il senso di mettere più velocità su un motore elettrico deriva da un bouquet di necessità. Che in diverse situazioni nemmeno si manifestano. La sola riduzione dei consumi è un argomento assolutamente interessante, reale e ormai comprovato, ma non bisogna aspettarsi sorprese megagalattiche sopra i 130.
probabilmente lo hai già visto:
https://youtu.be/sTAhgMeub-g
il mio voleva essere solo uno spunto, un discorso dove secondo me si può migliorare il consumo alle velocità codice, nessun’altra incombenza.
ho visto ad esempio valenza che ha bancato (4 anni fa) la tesla performance nelle 4 mappe soft, sport, track e dyno (?!): tralasciando le ultime 2, con la prima mappatura (minor potenza e coppia) parliamo di poco meno di 300 cv a 8045 giri e 644 nm a 2425 giri, mappa sport 467 cv e 1100 nm con velocità di 116 km/h a 3790 giri e punta di 252,6 orari a 8235 giri.
posso dire che con questi dati (coppia soprattutto) la differenza di consumo tra 110 e 130 non è imputabile alla resistenza dell’aria ma al motore che gira a quasi la metà dell’occorrente per la velocità massima?
a me interesserebbe conoscere l’effettivo assorbimento dei motori alle varie velocità, su cui si potrebbe poi discutere realmente di cambio si/no.. in rete non si trova nulla.
e mi rendo conto che ai bevvisti le uniche “complicazioni tecnologiche” accettate sono elettroniche.. 🤦♂️
poi se la “pesantissima” soluzione meccanica permettesse di togliere parte della pesantissima e costosa batteria non importa.. sono perfette così 👍 escludiamo a priori..
PS non è rivolto tutto a te, con la quale so che si può interloquire
Io sapevo di uno studio dell’università di Tokyo del 2019 per produrre l’ammoniaca in modo molto meno energivoro dell’attuale con un procedimento chiamato SWAP: https://notiziescientifiche.it/ammoniaca-ideato-nuovo-metodo-piu-ecologico-ed-economico-per-crearla/
intervista molto interessante, e non avevo mai sentito parlare degli studi per la “fotosintesi” di ammoniaca, notevole
PS: no so se ho capito bene la citazione dei 9 KW-h per fare 1 kg di ammoniaca, a cosa si riferisce, se bilancio netto o lordo e se per ammonica grigia o verde?
E’ il bilancio energetico netto per la sintesi di azoto e idrogeno. A cui va aggiunta l’energia necessaria a produrre l’idrogeno, molto maggiore se parliamo di idrogeno verde.
Bhe come info anche questo articolo che ho trovato è interessante… da qui alb2035 co skno ancora 10 annj … vedremo se diventerà una realtà oppure resterà un prototipo
https://www.alvolante.it/news/gac-motore-che-va-ad-ammoniaca-385971
Sul motore ad ammoniaca della GAC, il professor Abbotto ci ha fatto sapere che va trattato alla stessa stregua delle macchine volanti della GAC. Siamo a quel livello, cioè di semplice “dimostratore”. Si sa poco di quel motore ma è un dual-fuel, per superare il problema della bruciatura non efficace dell’ammoniaca
Il professor Abbotto ci scrive che il dato sugli 8-10 kWh per produrre 1 kg di ammoniaca è la combinazione di tre passaggi: 1) produzione di idrogeno (50-55 kWk per kg, ma per 1 kg di ammoniaca serve molto meno di 1 kg di idrogeno); 2) separazione azoto dall’aria (pochissima energia); 3) produzione di ammoniaca da azoto e idrogeno ottenuti ai punti precedenti
Beh onestamente non serviva il professore per capire che produrre ammoniaca da idrogeno richiede dei passaggi in più e quindi delle perdite energetiche aggiuntive.
A maggior ragione andrebbe modificata questa frase che è totalmente disinformativa:
“Il bilancio fra energia utilizzata per produrla e energia rilasciata è migliore rispetto all’idrogeno puro. ”
Che continua poi con un altro gioco delle 3 carte:
“Produrre 1 kg di idrogeno richiede 50-55 kWh di energia, per produrre un kg di ammoniaca bastano 8-10 kwh. E un litro di ammoniaca contiene più idrogeno di un litro di idrogeno puro.”
Il raffronto tra energia necessaria per produrre il vettore e energia “ridata” va fatto o a parità di massa o a parità di volume!
Per produre un kg di idrogeno da elettrolisi servono 50-55 kWh, lo stesso kg avrebbe in teoria potere calorifico inferiore (PCI) di 33 kWh ma se convertito in energia elettrica con una fuel cell per via delle perdite rende 16-20 kWh. Quindi siamo al 30-40% nella conversione corrente-stoccaggio-corrente (Round Trip Efficiency, RTE). Nel calcolo non sono considerate ulteriori perdite energetica per compressione o soprattutto liquefazione, che porterebbero l’RTE tra il 9 e il 22% a seconda del ciclo considerato.
L’ammoniaca ha un RTE dell’11-19%., in quanto per farne un kg servono 8-10 kWh, con un PCI di 5,3 kWh e una resa elettrica di 1-2 kWh
Quindi:
– per produrre un kg di idrogeno servono 50-55 kWh
– lo stesso kg di idrogeno ne “rende” 16-20, ma se si conda l’energia persa per eventuale liquezione, ci abbassiamo a 5-10 kWh
– per produrre un kg di ammoniaca servono 8-10 kWh
– un kg di ammoniaca rende 1-2 kWh
Gli stessi calcoli possono essere fatti in volume, chiaramente le efficienze non cambiano ma l’ammoniaca essendo più densa “rende” più energia a parità di volume.
Tra l’altro mentre per i trasporti terrestri è più importante l’energia per volume, per quelli aerei è più interessante l’energia per peso, per cui non sono per niente sicuro che nell’aviazione si andrà sull’ammoniaca in luogo dell’idrogeno liquido. O meglio tutto lascia presagire che dopo una lotta iniziale l’avranno vinta i carburanti sintetici, che potranno sfruttare l’infrastruttura esistente vedi esempio sotto:
https://www.energiaitalia.news/news/elettrificazione/in-sardegna-300-tonnellate-allanno-di-cherosene-sintetico-per-aerei-il-progetto/23304/
Ringrazio il professor Abbotto da cui ho avuto le risposte che cercavo.
Da un punto di vista “imprenditoriale”, quindi, secondo me la risposta è “Sì, pur con tutte le sue criticità l’ammoniaca è in grado quasi fin da subito di risolvere un sacco di problemi che al contrario l’idrogeno continuerebbe a portarsi dietro.”
Detto questo, ringrazio tantissimo anche la redazione ma mi prendo la libertà di fare una tirata d’orecchie piccolina e affettuosa al signor Massimo, il quale ancora una volta mi ha messo in bocca dei pensieri che non ho mai avuto. 🤭
Infatti nelle mie domande non c’è traccia di concetti relativi al “salvataggio” del motore a scoppio brum brum né tantomeno nessun accenno esplicito all’uso dell’ammoniaca per il trasporto automobilistico.
Parlando di motore a scoppio penso infatti più che altro ai camion, per i quali secondo me al netto delle singole colonnine da un Megawatt sarà piuttosto difficoltoso pensare ad un elettrificazione rapida e di massa. Non sto ad elencarvi i motivi che mi portano a pensarlo, ma al di fuori di non trascurabili utilizzi ben circoscritti, per esempio sulle lunghe tratte la vedo piuttosto ardua a spostare centinaia di tir a batteria. Quanto meno, ovviamente, in una prima fase. Poi si vedrà
Qui l’ammoniaca, pur con tutti i suoi difetti, potrebbe venire buona, è una risposta che già esiste ed è una risposta che c’è subito.
Ma soprattutto, argomento che è stato solamente sfiorato, io so che ci sono delle sperimentazioni anche piuttosto avanzate per l’uso dell’ammoniaca nei motori a reazione. Che vorrebbe dire volare a emissioni zero di CO2.
E conoscendo a grandi linee come è fatto un motore a reazione, di cui banalizzando assai si può dire che praticamente “mangia tutto” se opportunamente carburato, non mi stupirebbe se presto potessimo vedere delle cose effettivamente funzionanti.
Anche se ammetto candidamente che di queste cose ho un’infarinatura e nulla più.
Tirando le somme, e chiedo scusa se mi sono dilungato, a questo punto personalmente perdo un interesse nei confronti dell’idrogeno, d’ora in avanti lo considererò pure io una colossale perdita di tempo sapendo però che per ben determinati usi (e sì: con ben determinati limiti) una potenziale soluzione già esiste e secondo me è decisamente migliore.
Per quanto riguarda le automobili, invece, ho sempre detto e continua a sostenere che da qui alla fine del secolo ma saranno elettriche o non saranno.
E con buona pace del signor Massimo, 🤣 ne sono talmente convinto che c’ho investito sopra dei soldi e sono andato nelle gambe del diavolo pur di riuscire a portare avanti assieme alle persone giuste alcune mie idee e metterle nero su bianco sotto forma di brevetto.
Piuttosto: come si chiamerà il libro sull’ammoniaca del professor Abbotto?
Di nuovo grazie a tutti quanti
qui accennano agli adattamenti per usare ad ammoniaca motori navali attuali mentre in futuro forse saranno disponibili anche cella a combustibile ad ammoniaca con densità di potenza adeguata
https://issuu.com/rivistamarittima/docs/aprile_2021/s/12267177
E bravo il nostro A.D.
E scrivi anche meravigliose canzoni (i testi. O sai anche suonare un qualche strumento?).
Il libro sull’ammoniaca? si chiamerà “Non ho capito n’acca tre volte”
Abbiamo chiesto direttamente al professor Abbotto. il libro si chiamerà: “Ammoniaca: la molecola che può salvare il mondo due volte” edito da Scienza Express. Grazie e buona giornata!