Ammoniaca come vettore energetico

[Solarfranco]

Ciao raga , sono Francesco

ma voi avete una idea di come si produce l'ammoniaca anidra con processi industriali ?

Francy

Semplice.
Si fa reagire N2 ed H2(N2 + 3H2 -> 2 NH3) con dei sistemi atti a rendere
la reazione verso destra il più conveniente possibile.

 

[Mr.Hyde]

si è proprio semplice vero?...

un combustibile privo di carbonio che bruciando produce solo azoto e vapore acqueo (sempre che sullo scarico si metta un catalizzatore deNOx per gli ossidi di azoto che si possono formare)

comunque gli svantaggi sarebbero enormi , per prima cosa la combustione dell' NH3 produce NOx , ed i catalizzatori che io conosco sono studiati per abbattere ppm di questi ossidi , nei fumi di combustione di sostanze idrocarburiche , mantenendo gli NOx nei parametri di legge previsti , (questi NOx si produrrebbero dalla combustione di sostanze organiche azotate contenute come impurezze nei combustibili fossili, oltre a quelli di reazione dell'azoto atmosferico con ossigeno)
Quindi penso che non siano studiati per trattare enormi concentrazioni di NOx ,provenienti dai fumi di combustione di sola ammoniaca, anche se probabilmente potrebbero funzionare con modifiche di dosaggio e di catalisi , ma per contro vedendo una reazione del processo SCR standard , cioè ........... 4NO + 4NH3+ O2 ? 4N2 +6H2O si nota che per 4 moli di NO ci vogliono 4 moli di NH3 , cio' vuole dire che per ridurre sul catalizzatore (a base di ossido di vanadio ed ossido di titanio) 120 g di NO ci servirebbero 68 g di ammoniaca vista la reazione di combustione dell'ammoniaca 4NH3 + 5O2 -----> 4NO + 6 H2O ( da 68 g di NH3 si formano per combustione 120 g di NO .... il che equivale a dire ... per bruciare 68 g di ammoniaca me ne servono altri 68 per depurare i suoi fumi di combustione ... tu che dici?? ..un po' assurdo no?

In secondo punto , l'idrogeno per essere prodotto via elettrolitica , richiede energia come gia' sottolineato e tanta. Ma anche per estrarre l'azoto dall'aria serve mooolta energia (vedi processo linde)!
.... va bene ammettiamo che non si estragga l'azoto con il processo Linde ... quindi si utilizza aria( al posto dell'azoto puro) ....
con il processo di produzione ammoniaca Bosch operante a 300 bar, quanta energia serve per fare sta' benedetta ammoniaca ?? e quanta energia potra' produrre visto il ragionamento sopra??? izzica ...

 

[Solarfranco]

Per quanto riguarda la produzione di ammoniaca da gas naturale, quindi comunque in condizioni
peggiori rispetto all'idrogeno puro, negli impianti più efficienti si arriva ad un consumo di energia pari
a circa 28 Gj per tonnellata di ammoniaca anidra prodotta a fronte di un consumo teorico di circa
21 Gj(fonte: Tracking Industrial Energy Efficiency and CO2 Emissions: In Support of the ... - Google Libri)

Per cui siamo ad un rendimento energetico astronomico che vale circa il 75%. (non sarà il solito processo Bosch evidentemente)
Tornando a noi e partendo dalle fonti rinnovabili, avendo un rendimento del 70% per l'elettrolisi dell'acqua potremmo pensare senza tanti sbagli di avere allo stato dell'arte un rendimento complessivo(dall'energia elettrica prodotta dalle rinnovabili all'ammoniaca) prossimo al 50%.

L'ammoniaca anidra poi andrebbe prima assorbita sui sali (es. MgCl2, formando il sale Mg(NH3)6Cl2), poi estratta dal sale e craccata formando dalle sue ceneri H2 e N2. L'idrogeno sarebbe il combustibile ultimo da utilizzare.
Questa strada sarebbe un pò dispendiosa ma risulterebbe molto rispettosa dell'ambiente...

 

[Mr.Hyde]

Ciao Solfranco

negli impianti più efficienti si arriva ad un consumo di energia pari
a circa 28 Gj per tonnellata di ammoniaca anidra prodotta a fronte di un consumo teorico di circa
21 Gj

di fatto questo è un consumo e non una resa energetica, ...tu quei 28 GJ li devi fornire , non è che li ricavi dalla reazione

Per cui siamo ad un rendimento energetico astronomico che vale circa il 75%.

no non c'è nessun rendimento energetico del 75% , devi solo fornire + energia del teorico per fare avvenire la reazione

ma anche se fossero solo 21 GJ

questi 28 GJ sono energia persa!

Tornando a noi e partendo dalle fonti rinnovabili, avendo un rendimento del 70% per l'elettrolisi dell'acqua potremmo pensare senza tanti sbagli di avere allo stato dell'arte un rendimento complessivo(dall'energia elettrica prodotta dalle rinnovabili all'ammoniaca) prossimo al 50%.

tornando a noi partiamo dal pannello fotovoltaico , facendo l'elettrolisi dell'acqua l'energia che ricavi dal pannello subisce gia' un'abbassamento del 30% ,poi vorresti trasformare l'idrogeno in ammoniaca , bene qui perdi altri 28 MJ a kg di ammoniaca anidra prodotta .

L'ammoniaca anidra poi andrebbe prima assorbita sui sali (es. MgCl2, formando il sale Mg(NH3)6Cl2)

altra energia persa per il processo + l'energia persa che serve per produrre/estrarre l'MgCl2 .

poi estratta dal sale

altra energia persa

e craccata formando dalle sue ceneri H2 e N2

se mai crackizzata .... comunque .....altra energia persa

L'idrogeno sarebbe il combustibile ultimo da utilizzare.

o ...meno male siamo arrivati all'idrogeno ....

Questa strada sarebbe un pò dispendiosa ma risulterebbe molto rispettosa dell'ambiente...

scusami tanto ....ma a me sembra che si inquina di piu' ,grazie a tutti questi passaggi , senza contare i trasporti ( o magari assembleresti un'impianto unico in sito ? )

un'altra cosa , il catalizzatore del reattore ammoniaca sai cosa è? e sai che va' cambiato ogni 2 anni circa ?

questa è la mia idea , e sicuramente mi sbagliero'

cordialita'

Francy

 

[WTR]

produrre ammoniaca costa e se la si estrasse dai reflui?

 

[experimentator]

Si ma quale è la percentuale di ammoniaca che puoi tirare fuori dai reflui ? Hai fatto delle prove ?
Mi sembra pochina per essere utilizzata come combustibile e per essere conveniente estrarla, a parte che si ripresentano i problemi esposti da Hayde per la combustione.
E poi quali reflui sarebbero , se parli dei reflui fognari vi sono altre sostanze da trattare ed eliminare , non solo urea proveniente dall'urina.

 

[Solarfranco]

Ciao Solfranco



di fatto questo è un consumo e non una resa energetica, ...tu quei 28 GJ li devi fornire , non è che li ricavi dalla reazione



no non c'è nessun rendimento energetico del 75% , devi solo fornire + energia del teorico per fare avvenire la reazione

ma anche se fossero solo 21 GJ

questi 28 GJ sono energia persa!

Per calcolare il rendimento energetico complessivo ho fatto:

energia contenuta nell'ammoniaca(energia minima necessaria)=21
----------------------------------------------------------------------------- * 100 = 75%
energia spesa realmente=28

Non mi pare sbagliato.



Mentre il rendimento complessivo del passaggio energia elettrica->idrogeno->ammoniaca
è uguale a:

0.75 * 0.7 * 100 = 52.5% (INCREDIBILE, sebbene il rendimento del 70% del passaggio energia elettrica-idrogeno sia stato calcolato in condizioni ideali con energia elettrica costante ecc...)

Insisto nel dire che allo stato dell'arte, ossia con le migliori tecnologie presenti, fino
all'ammoniaca anidra il rendimento è ottimo direi.
Proprio per questo l'ammoniaca anidra ha costi di produzione non costosi, scendendo
spesso sul mercato sotto i 200 $/tonnellata ossia i 0.2 $/kg... dove però i rendimenti
sono sicuramente più bassi.

Diciamolo francamente: l'ammoniaca è il miglior "immagazzinatore" di idrogeno!
Inoltre di energia rinnovabile per produrla ce n'è davvero tanta... ! Dobbiamo solo
trovare un meccanismo economico per renderla non tossica, sperando che i sali
di cui abbiamo accennato in precedenza riescano da subito a risolvere il problema.

 

[Mr.Hyde]

Ciao solarfranco (forse è la prima volta che lo scrivo giusto ...chiedo venia ) ... comunque sul file da te riportato si parla di consumi per produrre una tonnellata di NH3 , questa energia è comprensiva ai consumi impiantistici vari ( compressori, pompe etc ..) ,oltre all'alta energia di attivazione che necessita la reazione per attivarsi .

quindi quel che tu chiami energia contenuta nella ammoniaca deve essere corretto in "consumo minimo teorico dell'impianto di produzione ammoniaca " , piu' ci si avvicina e meno si consuma ovviamente , ma è sempre energia che devi fornire.

non a caso si parla di riduzione di emissioni di CO2 negli impianti di produzione ammoniaca ...

o no?

mi spiego meglio se vuoi calcolare l'energia assoluta dell'ammoniaca devi fare la somma dell'energia di legame media di N-H , visto che nell'ammoniaca appaiono 3 legami di questo tipo e visto che l'energia di legame media di un solo legame azoto idrogeno ha una entalpia di 351 Kj/mole

351 x 3 = 1053 Kj/ mole

quindi passando ai pesi molecolari 1 tonnellata di ammoniaca avrebbe 61,9 Gj/tonnellata , questa energia non serve per determinare un rendimento energetico

PS ... conosco abbastanza bene i costi dell'NH3 , in quanto lavoro in impianto chimico ad alto rischio che ne usa parecchia ... circa 25 T/giorno , il prezzo europeo dell'ammoniaca anidra si aggira intorno ai 0,3 €/kg
https://www.energeticambiente.it/ve...745060-auto-ad-ammoniaca-2.html#post119468843

Francy

 

[Solarfranco]

Mr Hyde,
grazie per la precisazione.
In effetti mi riferivo al consumo minimo teorico.
Il fatto che sia pericoloso non lo metto in dubbio!
Pericoloso sia per i lavoratori che per chi abita nei paraggi...
Se usassero dei siti ventosi le industrie inquinanti sarebbero
molto meno pericolose.



Altro argomento.
Sebbene sia tossica, l'ammoniaca è comunque indispensabile come base per produrre fertilizzanti azotati.
Produrla dalle rinnovabili con costi concorrenziale sarebbe davvero grande!
Se per produrre 1 kg di ammoniaca(costo : 0.3 euro) ci vogliono 12 kwh( 42 Mj. Partendo dall'energia elettrica con un rendimento intorno al 50%..) allora il costo dall'ammoniaca partirebbe da 0.03 euro/kwh(costo medio di 1 kwh di energia elettrica prodotta dall'eolico...) * 12 kwh = circa 0.4 euro/kg.
Esempio:
immaginiamo un campo privato di turbine eoliche...che vende energia elettrica a 0.03 euro con cui produrre
idrogeno e poi ammoniaca.
I costi non sarebbero molto gravi...
Opinioni a riguardo?

 

[Mr.Hyde]

Ciao Solarfranco

come giustamente affermi

Sebbene sia tossica, l'ammoniaca è comunque indispensabile come base per produrre fertilizzanti azotati.

questo è un problema ancora maggiore , in quanto l'italia possiede un solo impianto di produzione ammoniaca ,che si trova a Ferrara ( Jara), questo impianto non soddisfa le esigenze delle industrie italiane.

la Jara ci fornisce ammoniaca anidra liquefatta , e nei periodi che vanno da febbraio a fine estate non ci garantisce nemmeno la fornitura delle 28 tonnelate giornaliere che serve al nostro impianto , quindi per garantire la continuità produttiva dobbiamo comprarla anche dalla Francia o dalla Germania .

Le sicurezze che si devono adottare ed il costo degli impianti di produzione ammoniaca sono veramente elevate...