I ricercatori dell'Università di Tokyo hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre ammoniaca usando la fotosintesi artificiale, offrendo una potenziale alternativa a bassa energia al processo di Haber-Bosch ad alta intensità di carbonio. La tecnica imita la fissazione dell'azoto naturale da parte dei cianobatteri e utilizza azoto atmosferico, acqua e luce solare per sintetizzare l'ammoniaca.
L'ammoniaca è una componente cruciale nell'agricoltura globale, utilizzata principalmente nella produzione di fertilizzanti a base di urea. Gli attuali metodi di produzione industriale sono responsabili di circa il 2% delle emissioni globali di anidride carbonica, in gran parte a causa della loro dipendenza dai combustibili fossili. Il nuovo approccio sviluppato dal team di ricerca giapponese potrebbe ridurre significativamente l'impronta ambientale della produzione di ammoniaca.
Il processo, guidato dal professor Yoshiaki Nishibayashi presso il Dipartimento di Chimica applicata dell'Università di Tokyo, si basa su un sistema a doppio catalizzatore per avviare e sostenere la reazione di conversione. Un fotocatalizzatore a base di iridio, se esposto alla luce solare, attiva un composto chiamato fosfina terziaria, consentendo l'ossidazione delle molecole d'acqua. Questo passaggio produce protoni essenziali per la successiva formazione di ammoniaca.
Allo stesso tempo, un catalizzatore a base di molibdeno attiva il dinitrogeno dall'aria. La reazione tra azoto e protoni generati dall'acqua provoca la formazione di molecole di ammoniaca. Il processo produce solo ossigeno come sottoprodotto e, in condizioni ottimali, combina due atomi di azoto e tre molecole d'acqua per produrre due molecole di ammoniaca.
I ricercatori riferiscono che il nuovo sistema di reazione ha raggiunto una maggiore efficienza rispetto ai precedenti tentativi di fissazione dell'azoto artificiale e può essere gestito su una scala dieci volte più grande rispetto alle precedenti dimostrazioni di laboratorio. Questo progresso suggerisce che il metodo ha il potenziale per l'applicazione industriale, sebbene siano necessari ulteriori lavori per ottimizzare le condizioni di reazione e migliorare il rapporto costo-efficacia su scala.
Dato che oltre l'80% dei 200 milioni di tonnellate di ammoniaca prodotta ogni anno viene utilizzato in agricoltura, questa innovazione potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nel promuovere una produzione di fertilizzanti più sostenibili. Se commercializzato, il metodo può aiutare a ridurre il consumo di energia e ridurre le emissioni in uno dei settori più ad alta intensità di risorse della produzione alimentare globale.
