Energia

Fertilizzanti dalle acque reflue grazie all’energia solare: la rivoluzionaria soluzione dell’Università dell’Illinois

Gli ingegneri dell’Università dell’Illinois di Chicago hanno creato una reazione elettrochimica ad energia solare che non solo utilizza le acque reflue per produrre ammoniaca – la seconda sostanza chimica più prodotta al mondo – ma raggiunge anche un’efficienza solare-combustibile che è 10 volte migliore di qualsiasi altra tecnologia comparabile. I loro risultati sono stati pubblicati su Energy & Environmental Science, una delle principali riviste per la ricerca all’intersezione tra fornitura di energia e protezioni ambientali.

“Questa tecnologia e il nostro metodo hanno un grande potenziale per consentire la sintesi on-demand dei fertilizzanti e potrebbero avere un impatto immenso sui settori agricolo ed energetico nei Paesi sviluppati e in via di sviluppo e sugli sforzi per ridurre i gas serra dai combustibili fossili”, ha detto il ricercatore capo Meenesh Singh, assistente professore di ingegneria chimica presso l’UIC College of Engineering.

L’ammoniaca, una combinazione di un atomo di azoto e tre atomi di idrogeno, è un composto chiave dei fertilizzanti e di molti prodotti manifatturieri, come plastica e prodotti farmaceutici. Gli attuali metodi per produrre ammoniaca dall’azoto richiedono enormi quantità di calore, generato dalla combustione di combustibili fossili, per rompere i forti legami tra gli atomi di azoto in modo che possano legarsi all’idrogeno. Questo processo inoltre produce una frazione sostanziale delle emissioni globali di gas serra, che sono una forza trainante del cambiamento climatico.

In precedenza, Singh e i suoi colleghi hanno sviluppato un metodo ecologico per produrre ammoniaca filtrando il gas di azoto puro attraverso uno schermo a rete caricato elettricamente e coperto da catalizzatore in una soluzione a base d’acqua. Questa reazione ha utilizzato solo una piccola quantità di energia da combustibili fossili per elettrificare lo schermo, che rompe gli atomi di azoto, ma ha prodotto più idrogeno gassoso (80%) rispetto all’ammoniaca (20%).

Ora, i ricercatori hanno migliorato questo concetto e sviluppato un nuovo metodo che utilizza il nitrato, uno dei contaminanti più comuni delle acque sotterranee, per fornire azoto e luce solare per elettrificare la reazione. Il sistema produce quasi il 100% di ammoniaca con quasi zero reazioni collaterali di idrogeno gassoso. La reazione non ha bisogno di combustibili fossili e non produce anidride carbonica o altri gas serra, e il suo uso di energia solare produce un’efficienza solare-combustibile senza precedenti, o STF, dell’11%, che è 10 volte migliore di qualsiasi altro sistema all’avanguardia per produrre ammoniaca (circa l’1% STF).

Non solo la reazione stessa è neutra in base al carbonio, il che è positivo per l’ambiente, ma se il sistema è sviluppato per uso industriale, può anche avere un effetto riparatore quasi negativo sull’ambiente. “L’uso del nitrato delle acque reflue significa che dobbiamo anche rimuovere il contaminante dalle acque superficiali e sotterranee. Nel corso del tempo, ciò significa che il processo può contemporaneamente aiutare a correggere i rifiuti industriali e l’acqua di deflusso e riequilibrare il ciclo dell’azoto, in particolare nelle aree rurali che possono sperimentare svantaggi economici o sopportare il maggior rischio di elevata esposizione all’eccesso di nitrati “, ha detto Singh.