Impatto ambientale

Per valutare le emissioni di gas serra di un veicolo alimentato ad ammoniaca occorre considerare il dispendio energetico globale: l‟energia dispersa fra quella disponibile dalla fonte primaria (pozzo) e quella utile, quindi disponibile alle ruote. Si fa quindi un‟analisi detta dal pozzo alle ruote (well-to-wheels).

Molti veicoli comportano consumi energetici (e emissioni di CO2) prevalentemente durante

l‟uso del veicolo, come i veicoli dotati di MCI alimentati con combustibili convenzionali, altri durante la preparazione dell‟energia da fornire al veicolo (veicoli elettrici a batteria). Pertanto è opportuno dividere il percorso dal pozzo alle ruote in due fasi:

 dal pozzo al serbatoio (well-to-tank)  dal serbatoio alle ruote (tank-to-wheels)

L‟ammoniaca, impiegata come combustibile per motori a combustione interna, non emette alcuna quantità di CO2 nel percorso tank-to-wheels, essendo una fonte energetica carbon-free.

46 Le emissioni di CO2 derivanti dal percorso well-to-tank dipendono dal tipo di processo di

produzione dell‟ammoniaca. Quindi, l‟intero percorso dal pozzo alle ruote avrà un effetto virtuoso sul riscaldamento globale se si utilizza sul veicolo ammonica prodotta attraverso fonti rinnovabili.

La Tab. 2.8 riporta le emissioni di CO2, NOx, SO2 e CO ottenute dal processo di produzione

dell‟ammoniaca da reforming del gas naturale.

Tab. 2.8 - Emissioni produzione ammoniaca da reforming del gas naturale

Il processo genera da 1.15 a 1.30 tonnellate di CO2 per tonnellate di NH3 prodotta. E‟

importante sottolineare che questi valori possono essere ridotti di oltre il 70% con la procedura di CO2 sequestration.

La quantità di NOx emessi da un motore a combustione interna alimentato ad ammoniaca,

non considerando gli after treatments, è dello stesso ordine di grandezza di quello di un motore a benzina. L‟ulteriore beneficio derivante dall‟uso di ammoniaca a bordo proviene dalla possibilità di far reagire NH3 incombusta (o parte di quella nel serbatoio) con gli NOx, così da formare azoto

ed acqua, seconda la reazione (2.8) della pagina seguente [28,29].

Questo metodo è utilizzato negli attuali SCR ed è in grado di raggiungere elevate efficienze. Con il termine SCR si intende il processo di riduzione catalitica selettiva degli NOx. Tale

processo consente di eliminare in modo quantitativo NO ed NO2 dalle emissioni gassose

trasformandoli in composti inerti nei confronti dell‟ambiente, quali azoto e vapore acqueo. Attualmente l‟unico processo di abbattimento degli ossidi di azoto, che ha trovato larga diffusione, è quello che prevede l‟impiego di un catalizzatore a base di pentossido di vanadio ed

47 ammoniaca (anche sotto forma di soluzione acquosa di urea). Questo processo determina inoltre il minore impatto ambientale tra le tecnologie attualmente disponibili. La riduzione catalitica selettiva, a differenza di altri processi, non dà luogo a nessun tipo di effluente liquido e non immette in atmosfera sostanze diverse da quelle normalmente presenti, inoltre, allo stato attuale delle conoscenze, è l‟unico processo in grado di adeguare le emissioni dei motori Otto e Diesel alle sempre più restrittive normative in termini di emissioni di ossidi di azoto. Questo metodo, ancora poco diffuso in Italia, è ormai diventato uno standard in nord Europa e negli Stati Uniti per la depurazione delle emissioni soprattutto da motori ad accensione spontanea.

In genere si interviene con dispositivi SCR a valle del trattamento effettuato con catalizzatori ossidativi o a doppio stadio. In alcune applicazioni, è necessario un ulteriore stadio per l‟eliminazione catalitica dell‟ammoniaca in eccesso, eventualmente rilasciata dal catalizzatore SCR, anche se si tratta di una necessità poco frequente. Oltre alle applicazioni diffuse in impianti di potenza e con motori a combustione interna, la tecnologia SCR è sempre più frequentemente utilizzata nel trattamento di reflui gassosi provenienti da inceneritori, impianti chimici (ad esempio impianti di produzione di acido nitrico, unità di cracking catalitico, centrali termiche di stabilimento), industria del vetro, acciaierie e cementifici. Sistemi SCR sono stati inoltre utilizzati per la rimozione simultanea degli NOx e SOx in impianti di potenza e di

NOx e diossine negli inceneritori. In generale la riduzione degli NOx con SCR avviene attraverso

la reazione con ammoniaca (utilizzata in forma gassosa, in soluzione acquosa, o come soluzione acquosa di urea) per dare composti innocui quali azoto ed acqua, attraverso le seguenti reazioni principali:

 4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O (2.8)  6 NO2 + 8 NH3 → 7 N2 + 12 H2O (2.9)  NO + NO2 + 2 NH3 → 2 N2 + 3 H2O (2.10)

La reazione (2.8), che decorre velocemente in presenza di un opportuno catalizzatore in un intervallo di temperature compreso tra i 250 °C e i 450 °C, rende conto della stechiometria complessiva del processo in quanto gli ossidi di azoto sono costituiti per più del 90 % da NO. In effetti, l‟NO2 è presente nei fumi di scarico della combustione in basse percentuali (intorno al

5%), per cui le reazioni (2.9) e (2.10) rivestono un ruolo secondario nel processo SCR.

Fuori dal campo di funzionamento ottimale per il processo SCR si incorre nel mal funzionamento dei tradizionali catalizzatori al pentossido di vanadio: a temperature inferiori a 180°C la conversione non è completa e quindi non è possibile garantire le rese di abbattimento

48 generalmente richieste, mentre a temperature superiori ai 450°C iniziano a verificarsi reazioni indesiderate tra l‟ammoniaca e l‟ossigeno contenuto nella corrente da depurare, tanto che circa il 5÷10% di ammoniaca viene perso.

Il termine “selettiva” si riferisce alla capacità dell‟ammoniaca di reagire con l‟NO invece di essere direttamente ossidata dall‟ossigeno dell‟aria; tale caratteristica è specifica dell‟ammoniaca in quanto non è stata osservata per altri riducenti, quali idrocarburi H2 o CO. La reazione di

ossidazione dell‟ammoniaca ad opera dell‟ossigeno è infatti altamente indesiderata in quanto riduce l‟efficienza del processo di denitrificazione sottraendo il reagente NH3 e portando alla

49