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Gli scienziati e gli ingegneri dell’Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW) che in precedenza avevano sviluppato un metodo per produrre ammoniaca green si sono ora rivolti all’intelligenza artificiale (IA) e all’apprendimento automatico per rendere il processo ancora più efficiente ed ecosostenibile. E’ quanto emerge d uno studio pubblicato su Small. L’ammoniaca, una sostanza ricca di azoto presente nei fertilizzanti, è spesso considerata il mezzo per salvare gran parte del mondo dalla carestia nel XX secolo. Ma i suoi benefici per l’umanità hanno avuto un costo, con una delle più grandi impronte di carbonio tra tutti i processi industriali. Per produrla, gli impianti industriali necessitano di temperature superiori a 400 °C e pressioni estremamente elevate, oltre 200 volte superiori alla normale pressione atmosferica. Tali requisiti ad alto consumo energetico hanno reso la produzione di ammoniaca una delle principali cause delle emissioni globali di gas serra, pari al 2 per cento a livello mondiale. Ma nel 2021, un team dell’UNSW ha scoperto un modo per produrre ammoniaca dall’aria e dall’acqua utilizzando energia rinnovabile, più o meno alla stessa temperatura di una calda giornata estiva. Il Dott. Ali Jalili, della Facoltà di Chimica dell’UNSW, afferma che, sebbene la dimostrazione di fattibilità originale abbia dimostrato che l’ammoniaca può essere prodotta interamente da energia rinnovabile, a basse temperature e senza emettere carbonio c’era margine di miglioramento, ad esempio consumando ancora meno energia nel processo. Per ottenere questo risultato, il team aveva bisogno di trovare il catalizzatore giusto: una sostanza che accelerasse la reazione chimica senza esserne consumata. “Abbiamo selezionato 13 metalli che, secondo ricerche precedenti, avevano le qualità che desideravamo: ad esempio, questo metallo è bravo ad assorbire l’azoto, quest’altro è bravo ad assorbire l’idrogeno e così via”, afferma il dott. Jalili. “Ma il catalizzatore migliore avrebbe avuto bisogno di una combinazione di questi metalli e, facendo i calcoli, si scopriva che c’erano più di 8000 combinazioni diverse”.
I ricercatori hanno fornito a un sistema di apprendimento automatico informazioni sul comportamento di ciascun metallo e lo hanno addestrato a individuare le combinazioni migliori. In questo modo, invece di dover eseguire più di 8000 esperimenti in laboratorio, ne hanno dovuti eseguire solo 28. “L’intelligenza artificiale ha ridotto drasticamente i tempi e le risorse di scoperta, sostituendo migliaia di esperimenti basati su tentativi ed errori”, afferma il dott. Jalili. “Avere una rosa di 28 diverse combinazioni di metalli ci ha permesso di risparmiare un sacco di tempo nel lavoro di laboratorio rispetto a quanto avremmo fatto se avessimo dovuto testarli tutti e 8000, cosa semplicemente impossibile.” La combinazione vincente è stata una miscela di ferro, bismuto, nichel, stagno e zinco. Mentre i ricercatori si aspettavano un certo miglioramento nel processo di produzione di ammoniaca, questo nuovo catalizzatore a cinque metalli ha superato anche le loro aspettative più ottimistiche. “Abbiamo ottenuto un miglioramento di sette volte nella velocità di produzione dell’ammoniaca – spiegano i ricercatori – e, allo stesso tempo, l’efficienza è stata prossima al 100 per cento, il che significa che quasi tutta l’energia elettrica necessaria per far avvenire la reazione è stata utilizzata per produrre ammoniaca, mentre ben poco è andato sprecato”. (AGI)
SCI/PGI
