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L'ammoniaca è uno dei composti più prodotti al mondo ed è ampiamente utilizzata in campi come i fertilizzanti, la sintesi chimica e lo stoccaggio di energia. La domanda globale di ammoniaca raggiunge i 180 milioni di tonnellate all'anno. A causa dell’elevata temperatura e pressione utilizzate nel processo di produzione e dell’ampio uso di idrogeno come materia prima, la produzione di ammoniaca contribuisce per l’1,4% alle emissioni globali di anidride carbonica e consuma ogni anno il 2% dell’energia globale. Allo stesso tempo, il deflusso dei nitrati dai processi agricoli e industriali può contaminare le risorse idriche.

Come risolvere il problema dell'elevato consumo energetico e della produzione non ecologica di ammoniaca? L'ultimo numero di "Nature Catalysis" riporta un nuovo metodo elettrochimico per la produzione di ammoniaca, che può convertire le acque reflue contenenti nitrati in ammoniaca e acqua purificata. Si può dire che prendi due piccioni con una fava.

La produzione di ammoniaca si basa ora principalmente sul processo Haber-Bosch. La soluzione di ammoniaca prodotta deve raggiungere una concentrazione molto elevata dopo essere stata miscelata con un elettrolita di supporto (sale), che viene poi separato per ottenere il prodotto di ammoniaca. Il team del professor Wang Haotian della Rice University negli Stati Uniti ha progettato un dispositivo elettrochimico a tre camere in grado di convertire le acque reflue in ammoniaca e acqua purificata. Queste acque reflue vengono immesse nel dispositivo e fluiscono attraverso uno strato elettrolitico solido poroso, convertendo la soluzione di nitrati in acqua e gas di ammoniaca. I contaminanti nitrati vengono rimossi dall'acqua mentre viene prodotto il gas di ammoniaca, eliminando la necessità di ulteriori fasi di purificazione.

Il processo è efficiente e produce acqua purificata e ammoniaca a concentrazioni di nitrati comuni nelle acque reflue industriali (2.000 parti per milione, 2.000 ppm) senza la necessità di ulteriori elettroliti di supporto.

Il gruppo di ricerca ha inoltre condotto una valutazione tecnico-economica (TEA) di questa tecnologia, da cui è emerso che, sebbene il costo attuale della sintesi elettrochimica dell’ammoniaca sia ancora superiore a quello del tradizionale processo Haber-Bosch, quando i potenziali profitti del trattamento delle acque reflue dei nitrati sono presa in considerazione, questa tecnologia One mostra evidenti vantaggi competitivi. "La nostra tecnologia offre nuove possibilità per la sintesi verde dell'ammoniaca e aiuta a raggiungere un equilibrio nel ciclo globale dell'azoto", ha sottolineato il professor Wang Haotian.

Il gruppo di ricerca ritiene che l’attuale dispositivo innovativo per la produzione di ammoniaca possa realizzare un modo più rispettoso dell’ambiente di produrre ammoniaca e facilitare il trattamento delle acque reflue. Hanno anche affermato che questi esperimenti erano basati su un ambiente di laboratorio e che sono necessarie ricerche future per valutare l’applicabilità di questi dispositivi in ​​contesti del mondo reale.