Fertilizzanti a chilometro zero: dove vale la pena impiantare fabbriche di ammoniaca di prossimità

L’ammoniaca è uno dei composti chimici più importanti al mondo: senza ammoniaca e senza i fertilizzanti che ne derivano, i campi agricoli di tutto il mondo produrrebbero meno cibo e molti scaffali dei supermercati sarebbero vuoti. Attualmente questa materia prima essenziale viene prodotta soprattutto in pochi grandi impianti chimici e il relativo trasporto copre lunghi tragitti. I ricercatori dell’Istituto Paul Scherrer PSI, del Politecnico federale di Zurigo (ETHZ) e della Carnegie Institution for Science di Stanford, negli Stati Uniti, hanno ora analizzato dove, in futuro, la realizzazione di piccoli impianti consentirebbe di produrre questa sostanza in modo più compatibili con il clima e vicino al luogo di utilizzo della stessa.

«Gli impianti decentralizzati possono accorciare le catene di approvvigionamento, abbassare le emissioni di gas serra e consolidare la distribuzione di concimi», afferma Tom Terlouw, scienziato presso il laboratorio degli Analisi dei Sistemi Energetici del l'Istituto Paul Scherrer PSI e primo autore dello studio. «Ma non è detto che questi impianti siano automaticamente più rispettosi dell'ambiente o redditizi. Quello che conta è dove si trovano questi impianti e da dove proviene l’elettricità.»

A tal fine, il team di ricerca ha analizzato, in circa 13.000 scenari, possibili collocazioni degli impianti e condizioni quadro in tutto il mondo: a partire dalla Spagna e dai Paesi Bassi, passando per la Cina e l’India, per arrivare al Brasile, alla Nigeria, al Sudafrica e all’Australia.

Il processo Haber-Bosch adesso può essere reso elettrico

Si stima che l’attuale produzione di ammoniaca sia la causa responsabile di una percentuale delle emissioni globali di gas serra che va dall'1 al 2%. Il motivo è il seguente: nel classico processo Haber-Bosch, l’azoto presente nell’aria viene combinato con l’idrogeno. Questo idrogeno deriva perlopiù dal gas naturale; il problema è che durante la reazione si generano grandi quantità di anidride carbonica.

Un'alternativa più sostenibile consiste nella produzione di idrogeno da elettrolisi dell'acqua. In questo processo l’acqua viene scomposta in idrogeno e ossigeno mediante l’energia elettrica. Se questa elettricità proviene da impianti eolici, solari o da altre fonti di energia rinnovabile, è possibile produrre ammoniaca con un rilascio di emissioni nettamente inferiore.

«L’ammoniaca è una delle applicazioni più sensate come vettore di idrogeno verde», afferma Terlouw. «Le automobili o gli impianti di riscaldamento possono essere elettrificati direttamente. Per la produzione di ammoniaca, invece, abbiamo ancora bisogno di idrogeno.»

Gli impianti più piccoli e modulari funzionano a pressioni più ridotte e a temperature inferiori rispetto ai grandi impianti tradizionali e possono essere integrati più facilmente con le fonti di energia rinnovabile. Queste mini-fabbriche potrebbero abbassare le emissioni e diminuire la dipendenza dalle catene di approvvigionamento globali. Quanto queste catene possano essere vulnerabili lo hanno dimostrato di recente le tensioni relative allo Stretto di Hormuz: ci sono stati momenti in cui i prezzi dei fertilizzanti hanno subito un'impennata.

L'ubicazione ha un'importanza decisiva

Una cosa è chiara: la conversione completa della produzione mondiale di ammoniaca, con l'utilizzo del reagente idrogeno ottenuto tramite elettrolisi dell'acqua, richiederebbe enormi quantità di energia elettrica. «Proprio per questo dobbiamo esaminare attentamente dove vale la pena impiantare il nuovo processo produttivo», afferma Terlouw. La tecnologia dovrebbe essere impiegata dove ha senso dal punto di vista ecologico ed economico."

Le migliori performance sono quelle offerte dai cosiddetti impianti ibridi. Questi impianti combinano l’energia elettrica generata da impianti eolici e solari locali con quella proveniente dalla rete pubblica. È vero che gli impianti completamente indipendenti dalla rete generano le emissioni più basse, tuttavia sono oggi, di solito, nettamente più costosi, poiché richiedono sistemi di stoccaggio aggiuntivi e parchi solari ed eolici di maggiori dimensioni.

«Parlando in generale, l’ammoniaca prodotta a partire da un processo elettrico è oggi ancora più costosa rispetto a quella ottenuta con il metodo di produzione classico», afferma Terlouw «In alcune regioni, tuttavia, questo tipo di ammoniaca può già avvicinarsi ai prezzi di mercato attuali, soprattutto dove l’energia elettrica ha un prezzo favorevole, le energie rinnovabili sono presenti in larga misura e i costi di finanziamento sono bassi.» Questo è il caso, ad esempio, della Cina e dei Paesi Bassi.

Allo stesso tempo, i ricercatori mettono in guardia dal classificare automaticamente l'ammoniaca prodotta con un processo elettrico come rispettosa del clima. Il loro studio ha dimostrato questo: se la corrente elettrica della rete si origina prevalentemente da centrali a carbone, come avviene in Polonia o in Sudafrica, l’impronta di carbonio può risultare addirittura peggiore rispetto alla produzione convenzionale.

Il team ha tenuto conto non solo delle emissioni dirette, ma anche dell'analisi del ciclo di vita dall'inizio alla fine, valutando, ad esempio la produzione di elettrolizzatori, impianti solari ed eolici, batterie e sistemi di stoccaggio.

Opportunità per l'Europa e per la Svizzera

La Svizzera non possiede una produzione industriale di ammoniaca e importa sia fertilizzanti minerali come prodotto finito che la materia prima stessa principalmente dai paesi confinanti. In linea di principio, quindi, gli impianti locali sarebbero interessanti, afferma Terlouw. Un vantaggio è costituito dalla corrente elettrica della rete svizzera, che contribuisce in modo relativamente modesto alle emissioni di CO₂, in quanto tale corrente è generata in prevalenza da centrali idroelettriche e nucleari; le energie fossili costituiscono una quota davvero minima, inferiore al due per cento.

Entro il 2050 la redditività del processo elettrico di produzione dell'ammoniaca potrebbe migliorare notevolmente. I costi in progressivo calo degli elettrolizzatori, degli impianti di stoccaggio e delle energie rinnovabili potrebbero rendere competitivi in molte regioni gli impianti decentralizzati di produzione di ammoniaca. «Dal punto di vista tecnico, molte cose sono possibili», afferma Terlouw. «Ma, affinché questa tecnologia si imponga, sono necessari investimenti, standard chiari per l'ammoniaca a basse emissioni di CO₂ e, soprattutto, un quadro politico stabile, che sostenga in modo affidabile la decarbonizzazione dell'industria.»

Testo: Istituto Paul Scherrer PSI/Brigitte Osterath

Informazioni sul PSI

L'Istituto Paul Scherrer PSI sviluppa, costruisce e gestisce grandi e complesse strutture di ricerca e le mette a disposizione della comunità di ricerca nazionale e internazionale. La sua ricerca si concentra sulle tecnologie del futuro, l'energia e il clima, l'innovazione sanitaria e i fondamenti della natura. La formazione dei giovani è una preoccupazione centrale del PSI. Per questo motivo, circa un quarto dei nostri dipendenti sono ricercatori post-dottorato, dottorandi o apprendisti. Il PSI impiega un totale di 2.300 persone, il che lo rende il più grande istituto di ricerca della Svizzera. Il budget annuale è di circa 450 milioni di franchi svizzeri. Il PSI fa parte del settore dei PF, che comprende anche il Politecnico di Zurigo e l'EPF di Losanna, nonché gli istituti di ricerca Eawag, Empa e WSL.

Contatto

Dr. Tom Terlouw
PSI Center for Nuclear Engineering and Sciences
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Istituto Paul Scherrer PSI
+41 56 310 58 37
tom.terlouw@psi.ch
[Inglese, Olandese, Tedesco]

Pubblicazione originale

Haber-Bosch 2.0 for low-carbon ammonia production: A global techno-economic and environmental assessment
Tom Terlouw, Christian Bauer, Peter Burgherr, Russell McKenna, Lorenzo Rosa
Energy & Environmental Science, 14.07.2026 (online)
DOI: 10.1039/d6ee01125j

Testo originale:

https://www.psi.ch/it/news/comunicati-stampa/fertilizzanti-a-chilometro-zero