L’ammoniaca è l’ingrediente base di tutti i fertilizzanti chimici usati in agricoltura ed è quindi importante per nutrire miliardi di persone, ma il suo uso ha un impatto climatico non indifferente, visto che la sua produzione è fatta quasi per intero con combustibili fossili.
La produzione di ammoniaca assorbe il 2% del consumo totale di energia finale, con emissioni di CO2 equivalenti pari al 5% del totale mondiale, pari a quelle del sistema energetico del Sudafrica.
Nonostante i continui aumenti di efficienza nell’uso dei fertilizzanti, si prevede che una popolazione globale con capacità di spesa crescente porterà ad una maggiore produzione di ammoniaca, che rappresenta l’anello di congiunzione tra l’azoto presente nell’aria e il cibo che mangiamo.
Il mondo dovrà quindi ricorrere a quantità sempre maggiori di ammoniaca proprio in una fase in cui molti governi si sono invece impegnati a ridurre le emissioni delle loro economie verso lo zero netto.
Il 70% dell’ammoniaca è utilizzata per produrre fertilizzanti, ma il resto è usato per una vasta gamma di applicazioni industriali, come la plastica, gli esplosivi e le fibre sintetiche.
È dalla necessità di risolvere questo dilemma che prende spunto un nuovo studio pubblicato dall’Agenzia internazionale dell’energia (Iea), in collaborazione con l’International Fertilizer Association, dal titolo “Ammonia Technology Roadmap – Towards more sustainable nitrogen fertiliser production”, consultabile dal link in fondo a questo articolo.
“Il mondo avrà bisogno di più ammoniaca, ma non può permettersi le emissioni che derivano dalla sua produzione”, ha detto Timur Gül, capo della divisione di politica energetica, che ha diretto lo studio, volto a creare una tabella di marcia per l’industria dell’ammoniaca, “che è il crocevia tra il sistema energetico e quello agricolo del mondo”.
La tabella di marcia della Iea esamina tre possibili scenari per la produzione di ammoniaca.
Lo scenario delle politiche dichiarate si basa sulla semplice “continuazione delle tendenze attuali”, con miglioramenti incrementali del settore, che però sono ben al di sotto di una traiettoria sostenibile.
Nello scenario dello “sviluppo sostenibile”, il settore adotta le tecnologie e le politiche necessarie per avviarlo su un percorso coerente con gli obiettivi dell’Accordo di Parigi.
Mentre per lo scenario “Emissioni Nette Zero” entro il 2050 si descrive una traiettoria che sarebbe appunto compatibile con il raggiungimento di emissioni nette pari a zero entro la metà del secolo.
I termini del problema
Circa il 40% del consumo totale di energia finale per la produzione di ammoniaca è legato al consumo di materie prime che forniscono una parte dell’idrogeno presente nel prodotto finale a base di ammoniaca, mentre il resto viene consumato come energia di processo, principalmente per generare calore, secondo l’analisi della Iea.
Poco più del 70% della produzione di ammoniaca avviene tramite steam reforming basato sul gas metano, mentre la maggior parte del resto avviene tramite la gassificazione del carbone, con petrolio ed elettricità che assieme rappresentano solo il 4% degli input energetici del comparto.
Secondo la Iea, l’attuale traiettoria delle emissioni del settore è insostenibile.
Due percorsi delineano una gamma di futuri desiderabili per l’industria dell’ammoniaca, secondo l’agenzia. Nello scenario di sviluppo sostenibile, le emissioni dirette di CO2 diminuiscono di oltre il 70% entro il 2050 rispetto ad oggi. Lo scenario “Emissioni nette zero” entro il 2050 descrive, invece, una traiettoria in cui le emissioni scendono del 95% entro il 2050.
Sono possibili varie azioni per intraprendere uno di questi due percorsi. Fra queste azioni, ci sono un uso più efficiente dell’ammoniaca, riducendo la crescita della domanda senza compromettere i servizi finali che fornisce, oppure sfruttare la tecnologia per migliorare le prestazioni degli impianti esistenti. Ma per quanto necessari, questi tipi di interventi non sono sufficienti ad ottenere i risparmi di emissioni richiesti.
Le possibili soluzioni
La produzione di ammoniaca a emissioni prossime allo zero richiede nuove infrastrutture, innovazione e investimenti, ha sottolineato la Iea.
Il grosso dei progressi per quanto riguarda le riduzioni delle emissioni legate all’ammoniaca deve venire dall’implementazione di tecnologie a emissioni prossime allo zero. È un loro dispiegamento più massiccio che può contribuire alla più grande quota di riduzione delle emissioni, sia nello scenario di sviluppo sostenibile che nello scenario di emissioni nette zero entro il 2050, come si può vedere nell’illustrazione.
Nello scenario dello sviluppo sostenibile, la quota di tecnologie a emissioni prossime allo zero raggiunge quasi il 70% della produzione totale entro il 2050, da meno dell’1% di oggi. La produzione basata sul gas metano e dotata di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) rappresenta circa il 20% della produzione, mentre per l‘elettrolisi la quota della produzione totale è superiore al 25%.
Nello scenario “Emissioni nette zero” entro il 2050, le tecnologie a emissioni quasi zero raggiungono quasi il 95% della produzione totale entro la metà del secolo, con la produzione basata sul gas metano e CCS che rappresenta circa il 20% della produzione, e l’elettrolisi più del 40%.
Ma la maggior parte delle tecnologie a emissioni prossime allo zero non sono ancora disponibili su scala commerciale, come nel caso dell’elettrolisi alimentata con le energie rinnovabili. È quindi necessario investire a ritmo rapido in nuove infrastrutture, secondo la Iea.
Lo “scenario di sviluppo sostenibile” richiede più di 110 GW di capacità di elettrolizzatori e 90 milioni di tonnellate (Mt) di infrastrutture di trasporto e stoccaggio della CO2 entro il 2050. Questo significa installare in media dieci elettrolizzatori da 30 MW (il più grande impianto in funzione oggi) al mese e un grande impianto CCS, con capacità annuale di cattura, trasporto e stoccaggio di 1 Mt di CO2, ogni quattro mesi da qui al 2050.
Ovviamente, nello Scenario “Emissioni Nette Zero” entro il 2050, le riduzioni aggiuntive delle emissioni richiedono una diffusione ancora più rapida di queste tecnologie.
Investimenti quasi uguali
È interessante notare che gli investimenti complessivi necessari per avviarsi lungo i due percorsi più virtuosi sono all’incirca uguali.
Lo scenario di sviluppo sostenibile richiede 14 miliardi di dollari in investimenti annuali per la produzione di ammoniaca fino al 2050. Di questi, l’80% ricalca quelli necessari a percorsi di produzione con emissioni prossime allo zero.
Lo scenario “Emissioni nette zero” entro il 2050 richiederebbe un investimento annuo solo leggermente maggiore, cioè di 15 miliardi di dollari fino alla metà del secolo.
Nello scenario dello sviluppo sostenibile è solo dopo il 2040 che l’investimento per tonnellata di ammoniaca prodotta supera quello dello scenario delle politiche dichiarate. E prima del 2040, evitare continui investimenti nella produzione a base di carbone in Cina produrrebbe risparmi significativi.
Conclusioni
Il settore è pronto per il cambiamento. Il ruolo dei governi è centrale ed altre parti interessate come le grandi aziende agricole hanno un ruolo cruciale da svolgere, ma soprattutto, il fattore-tempo è essenziale, secondo la Iea.
Il decennio in corso sarà determinante per gettare le basi di un successo duraturo, con circa il 10% delle riduzioni cumulative delle emissioni fino al 2050 che deve avvenire entro il 2030, sia nello Scenario di sviluppo sostenibile che nello scenario emissioni zero entro il 2050, ha concluso l’agenzia.
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