Sostenibilità: l’ammoniaca per la decarbonizzazione del trasporto marittimo entro il 2050

L’ ammoniaca come vettore energetico a emissioni zero per la decarbonizzazione del trasporto marittimo e su strada ma soprattutto per l’industria hard-to-abate (come quella dell’acciaio, del vetro, della ceramica e del cemento).

L’obiettivo è ambizioso: alimentare entro il 2050 il traffico navale con circa 200 milioni di tonnellate annue di ammoniaca.

Mondo scientifico e imprese si sono confrontate al Politecnico di  Bari su questo tema  durante il secondo Italian Workshop on Ammonia Energy, sponsorizzato da Fondazione NEST e dalla Sezione Italiana del Combustion Institute.

Il workshop nasce dall’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 dunque al lavoro, con l’Italia come  capofila internazionale, per sostituire combustibili fossili con vettori energetici a zero emissioni.

L’ammoniaca e i vettori di energia verde

I vettori di energia verdi sono molecole utilizzate per immagazzinare le energie rinnovabili e trasportarle ovunque, e tra queste, 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.

Il Presidente di Fondazione NEST e Rettore del Politecnico di Bari, Francesco Cupertino, commenta: “Quello di cui abbiamo bisogno a livello mondiale, e in primis italiano, è aumentare la nostra capacità autonoma di generare energia pulita. 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”.

I vantaggi dell’ammoniaca per il trasporto marittimo

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. L’ ammoniaca ha diversi vantaggi in più rispetto all’idrogeno verde: il suo trasporto e stoccaggio sono di gran lunga più facili, 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.

Lo stoccaggio dell’ammoniaca per il trasporto marittimo

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.

Ammoniaca entro il 2050 per il settore marittimo e hard to abate

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 prevedono per il 2050 un utilizzo di ammoniaca come combustibile nel settore navale pari a circa 200 milioni di tonnellate annue.

Le infrastrutture 

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.

Le problematiche per l’uso dell’ammoniaca

Esistono ancora problematiche da affrontare affinché si possa considerare l’utilizzo dell’ammoniaca come vettore energetico su larga scala, una di queste  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. Ma esistono tecnologie avanzate di combustione capaci di garantire emissioni nei limiti previsti dalle normative.

L’Italia tra i paesi a capo della ricerca

L’Italia è tra i Paesi dove la ricerca su questo vettore energetico del futuro è più avanzata. 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 svolgono studi 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.