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Ammoniaca solida a temperature da stato liquido, uno studio apre le porte all'utilizzo sicuro dell'idrogeno

Giuseppe Cassone e Franz Saija del gruppo di ricerca dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche spiegano cosa hanno scoperto

Uno studio teorico condotto da ricercatori dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici di Messina del CNR dimostra come attraverso l’elettrocongelamento sia possibile mantenere allo stato solido l’ammoniaca a temperature e pressioni a cui normalmente si trova allo stato liquido. 

“L’ammoniaca – sottolineano Giuseppe Cassone e Franz Saija – è un precursore dell’idrogeno e la possibilità di convertirlo in una fase solida attraverso l’applicazione di campi elettrici apre nuovi scenari su cui puntare per risolvere i problemi di trasporto e di stoccaggio legati all’approvvigionamento energetico ‘pulito’.

Con questo studio si apre la possibilità di superare realmente il “problema” dell’ utilizzo sicuro dell’idrogeno. Un gruppo di ricerca dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ipcf di Messina), usando metodi avanzati di simulazione al supercalcolatore, ha dimostrato per la prima volta che si possono ottenere fasi solide di ammoniaca tramite l’applicazione di campi elettrici intensi, con implicazioni che spaziano dalle scienze planetarie alla produzione dell’idrogeno. Lo studio è pubblicato su The Journal of Physical Chemistry Letters

L’ammoniaca è una delle sostanze più abbondanti del nostro sistema solare. In molti laboratori all’avanguardia è possibile produrre campi elettrici molto intensi che consentono di indagare diversi fenomeni tramite varie tecniche chimico-fisiche. Tuttavia, finora non erano mai stati studiati gli effetti prodotti dai campi elettrici sull’ammoniaca liquida. In uno studio pubblicato su The Journal of Physical Chemistry Letters, rivista della American Chemical SocietyACS, un gruppo di ricerca dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ipcf) di Messina, in collaborazione con l’Accademia delle scienze della Repubblica Ceca di Brno, usando metodi avanzati di simulazione al supercalcolatore, ha dimostrato per la prima volta che campi elettrici intensi sono capaci di indurre una transizione strutturale dal liquido verso una nuova fase solida dell’ammoniaca. 
 
L’electrofreezing o elettrocongelamento (cioè la cristallizzazione di una sostanza indotta da campi elettrici) è noto per essere rilevante in molti processi naturali, che spaziano dalla dinamica troposferica alla chimica degli alimenti. Sebbene l’electrofreezing sia un fenomeno studiato già più di un secolo fa, fino ad ora non ci sono prove a sostegno della sua realizzazione. Da un punto di vista fondamentale, lo studio dimostra che, esattamente come regimi estremi di temperatura e pressione, anche campi elettrici intensi possono essere utilizzati come strumento chiave per accedere a regioni precedentemente inesplorate nei diagrammi di fase della materia.

“Questa scoperta ha rilevanza nel campo delle scienze planetarie, identificando la possibilità che strutture solide dell’ammoniaca non note possano essere trovate in condizioni planetarie dove campi elettrici intensi sono onnipresenti, soprattutto in prossimità di minerali che costituiscono l’interno dei giganti ghiacciati e dei pianeti rocciosi”, afferma Giuseppe Cassone ricercatore del Cnr-Ipcf e corresponding author della pubblicazione scientifica. “Inoltre, la possibilità di realizzare fasi solide di ammoniaca tramite l’applicazione di campi elettrici apre la strada allo sviluppo di strategie di stoccaggio e di trasporto sicure per la produzione di idrogeno del quale l’ammoniaca è precursore”. 

L’idrogeno liquido deve essere immagazzinato a condizioni molto più criogeniche dell’ammoniaca, la quale risulta dunque meno energivora. Ciononostante, l’ammoniaca in fase liquida è pericolosa da maneggiare e trasportare: “L’aver dimostrato la possibilità di mantenere solida questa sostanza a temperature e pressioni a cui normalmente si trova allo stato liquido apre dunque nuovi scenari che possono accelerare l’utilizzo estensivo dell’ammoniaca come precursore dell’idrogeno”, conclude Franz Saija, ricercatore del Cnr-Ipcf e co-autore dell’articolo.

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