“Aria alcalina”. Così nel 1774 il chimico e filosofo inglese Joseph Priestley definì l’ammoniaca dopo averla per la prima volta isolata in forma gassosa. Sebbene i sali di ammonio fossero conosciuti fin dall’Età Classica, si parla del 500 avanti Cristo, e sebbene fossero identificati sotto svariati nomi, solo nel 1913, a circa 140 anni dalle esperienze di Joseph Priestley, le industrie chimiche e in particolare Basf avviarono le prime produzioni industriali dell’ammoniaca grazie ai processi messi a punto dal chimico Fritz Haber e dal chimico e ingegnere Carl Bosch. Da allora l’ammoniaca è diventata un composto indispensabile in agricoltura, segmento che assorbe il 90 per cento della produzione per dar luogo a fertilizzanti, così come nei più diversi segmenti industriali.
Fra questi, negli ultimi anni, anche quelli motoristici e dei trasporti, interessati all’ammoniaca in quanto inquadrata quale vettore energetico sostenibile per propulsori a combustione interna o per fuel cell. Una possibilità peraltro largamente esplorata e in alcuni casi utilizzata nei segmenti aeronautici e navali là dove necessita l’erogazione di alte e altissime potenze. Meno gettonate ma non per questo assenti le applicazioni nel segmento dei veicoli commerciali on-highway, ambito che giusto qualche mese fa ha visto la società americana Amogy presentare un trattore stradale propulso mediante fuel cell alimentate ad ammoniaca.
Denominato “Freigliner Cascadia Classe 8” è equipaggiato con un powertrian di 300 chilowatt di potenza, 408 cavali, sostenuto da 900 chilowattora di energia in forma di ammoniaca liquida di cui circa 450 disponibili per la trazione grazie a un’efficienza del sistema di conversione del 65 per cento. Tale applicazione fu però preceduta intorno al 2010 da un trattore agricolo di derivazione John Deere adattato sempre da Amogy per ospitare un sistema di potenza fuel cell ad ammoniaca e ancora prima, nel 2008, da un brevetto Caterpillar che proponeva un sistema di potenza per applicazioni su veicoli a trazione pneumatica funzionante con lo stesso composto. A livello di aviazione l’ammoniaca fu poi stata utilizzata quale carburante per il famoso aereo-razzo “X 15” che tra il 1950 e il 1960 si rese protagonista di missioni spaziali a livello suborbitale, progetto che fu poi concettualmente ripreso qualche anno fa dalla società britannica Reaction Engines e dall’agenzia governativa del Regno Unito Science and Technology Facilities Council per verificare le possibilità di utilizzo dell’ammoniaca nell’ambito di sistemi propulsivi per velivoli ipersonici di tipo scramjet. Nome in codice “Sabre”.
Si tratta in ogni caso di esperienze confinate in ambiti industriali di nicchia e tecnologicamente molto avanzati, a differenza di quello approcciato dal gruppo cinese Gac che ha deciso di puntare proprio sull’ammoniaca per muovere le sue future auto a larga diffusione inquadrando tale vettore quale “combustibile sostenibile”. Autentico colosso internazionale di settore Gac nel Giugno scorso ha presentato il suo primo motore prototipale ad ammoniaca, un due litri in grado di proporre 161 cavalli di potenza massima con emissioni di anidride carbonica inferiori del 90 per cento rispetto ai motori benzina, unità che però era stata preceduta nel 2013 da un motore progettato in Corea da Korean Institute for Energy Research e installato su un concept funzionante denominato “AmVeh” funzionante con un mix di ammoniaca al 70 per cento e di benzina al 30, miscela che diede origine a riduzioni delle emissioni di disossido di carbonio del 70 per cento rispetto a un motore tradizionale di pari potenza. La miscela ammoniaca/benzina è in grado di risolvere i problemi funzionali dei motori endotermici alimentati con la sola ammoniaca quando chiamati a funzionare ad alti regimi e a bassi carichi, campi di lavoro minati dalla relativa lentezza di avanzamento del fronte di fiamma durante la combustione dovuta alle caratteristiche chimiche dell’ammoniaca.
progettato dalla società britannica Reaction Engines. L’architettura ne
permette il funzionamento a velocità superiori a Mach 6
Lo stesso problema i tecnici di Gac sostengono ora di avere risolto, tant’è che hanno presentato il motore in abbinamento a un generatore di corrente così da dar luogo a un sistema ibrido installato su un veicolo prototipale futuristico posto metà strada fra un’automobile e un vtol. Denominato “Gove”, “Go vertical-flight electric vehicle”, il mezzo ricorda il prototipo “Pop.Up” sviluppato ida Airbus congiuntamente a Italdesign che fu presentato in occasione del Salone di Ginevra nel 2017 e quindi si configura quale drone multicottero elettrico con capsula monoposto in grado di alloggiare una piattaforma veicolare a quattro ruote.
Gac punta sul motore ad ammoniaca
Visioni futuristiche, diverse da quella realtà che Gac ha dichiarato di voler approcciare introducendo la sua nuova unità propulsiva nel segmento auto, soluzione che se da un punto di vista energetico può essere condivisa non diventa più tale se si analizza la sostenibilità dell’ammoniaca a livello di produzione. Il punto forte del composto, i suoi tre atomi di idrogeno tenuti insieme tramite un atomo di azoto, struttura che si compone quindi di elementi estremamente comuni sulla Terra, risulta in effetti essere abbastanza problematico in termini di produzione su larga scala. Nel caso di produzioni attuate tramite processi di reforming del gas metano si deve infatti lavorare su un composto climavariante peggiore rispetto all’anidride carbonica e con un processo di lavorazione altamente energivoro.
Nel caso invece di produzione avanzate pressurizzando a 250 bar azoto e idrogeno gassosi prelevati dall’atmosfera e portati a temperature di 400 gradi per permetterne la combinazione in presenza di ferro usato come catalizzatore ecco che si è alle prese con un altro processo che utilizza energia derivata da fonti fossili, lo stesso che oggi assorbe circa il due per cento di tutte le fonti fossili prodotte sulla Terra essendo l’ammoniaca il secondo composto più prodotto al Mondo. C’è però una terza possibilità di produzione, ancora da esplorare a livello industriale che lascia aperta la porta all’utilizzo dell’ammoniaca in campo auto. E’ quella di produrre ammoniaca “green” tramite elettrolisi sostenute da energie rinnovabili, soluzione che potrebbe essere applicata anche per la produzione di idrogeno ma che si scontra al momento con problematiche di scarsa efficienza di conversione e volumi produttivi relativamente contenuti.
Motore ad ammoniaca, gli studi sono solo all’inizio
Ciò non toglie che sicuramente gli studi relativi alla possibilità di usare ammoniaca quale vettore energetico andranno avanti, non fosse altro che per la sua maggior facilità di immagazzinamento rispetto all’idrogeno, combustibile con il quale condivide le modalità di applicazione nel settore. Bastano inoltre pressioni poco elevate per permetterne la liquefazione rendendone così facile ed economico il trasporto all’interno di serbatoi né va dimenticato che la sua densità energetica è maggiore rispetto a quella dell’idrogeno liquido.
messo a punto da Amogy su base Freigthliner Cascadia
Un litro di ammoniaca offre 15 megajoule e mezzo di energia, tradotto in chilowattora quasi quattro e mezzo, contro i poco più di nove megajoule di un litro di idrogeno a temperature criogeniche e i cinque e mezzo megajoule litro di idrogeno a 700 bar di pressione. In tale ottica l’utilizzo all’interno di un motore a combustione è percorribile in diverse modalità. Scindendo per esempio la molecola e ottenendo idrogeno e azoto gassosi per utilizzando il primo come combustibile diretto o per il sostentamento di fuel cell.
con ammoniaca messo a punto da Amogy nel 2010 sulla struttura di un John Deere serie “6M”
Altra possibilità l’utilizzo diretto dell’ammoniaca per la combustione combinandola con l’ossigeno e producendo come prodotti di reazione acqua e azoto gassoso. Quest’ultima strada è però più complessa da percorrere in termini di qualità della combustione per escludere la produzione di grandi quantità di ossidi di azoto, già responsabili della crociata avanzato contro i motori a gasolio. Terza via l’utilizzo dell’ammoniaca quale carburante all’interno di fuel cell a ossidi solidi che propongono reazioni ad alta temperatura in grado di produrre elettricità con prodotti di scarto quali azoto e acqua. Un simile sistema darebbe luogo a circa cinqe wattora e mezzo per chilo di energia, il 50 per cento dell’energia necessaria per la produzione, contro i due e mezzo recuperati dalla combustione diretta, il 21 per cento dell’energia di produzione, e i due dell’utilizzo scindendo le molecole di azoto e idrogeno.
Titolo: Motore ad ammoniaca, la scommessa del gruppo Gac
Autore: Redazione
