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Solar driven electrochemical nitrogen fixation for ammonia refinery

Descrizione del progetto

Il fertilizzante dal cielo diventa più ecologico grazie a un piccolo aiuto dal Sole

Il processo Haber-Bosch, sviluppato all’inizio del XX secolo, è stato riconosciuto per aver consentito una produzione di cibo tale da nutrire il 30-50 % del pianeta. Si tratta di un modo per utilizzare l’azoto (N2) dell’aria e combinarlo con l’idrogeno per produrre ammoniaca (NH3). L’NH3 sintetica così prodotta viene utilizzata nei fertilizzanti di tutto il mondo. Sebbene sia uno dei processi chimici più importanti allo stato attuale, le pressioni e le temperature estremamente elevate necessarie affinché la reazione proceda comportano consumi energetici ed emissioni significativi. Il progetto SuN2rise, finanziato dall’UE, prevede di portare questo processo nel XXI secolo agevolando la produzione di NH3 dall’aria e dall’acqua attraverso una reazione alimentata dal sole.

Obiettivo

The preservation of our planet is the most urgent issue in the world, and the COP21 conference pushed a lot of researchers to work on technologies for the storage/conversion of CO2 into chemicals. However, since I believe that it is easier not to produce CO2 than setting-up plants to treat it, I propose an alternative breakthrough based on a versatile solar-driven strategy leading to redesign industrial processes.
Facing the Haber-Bosch process for ammonia production (one of the most impactful chemical processes today), I propose the electrochemical fixation of dinitrogen into ammonia, by simply using air, water and ambient conditions. I will demonstrate an integrated device where a photovoltaic (PV) unit will power a regenerative electrocatalytic cell converting dinitrogen to ammonia (E-NRR). A newly proposed Li-mediated approach under mild conditions, derived from a interdisciplinary contamination between electrocatalysis and Li-batteries, will be the key towards a >95% N2 conversion, bypassing both the competitive hydrogen reduction reaction and the complete irreproducibility of recent E-NRR approaches attributed to N-contaminations or degradation of N-based catalysts.
I will further move beyond the state-of-the-art by fabricating transparent devices, that can be integrated in greenhouses, allowing the production of ammonia and ammonium fertilizers directly in farms, bypassing the known issues related to the massive infrastructure of ammonia plants and difficulties in reaching remote communities. The proposed approach will significantly impact also the field of liquid fuels, being ammonia safer and with higher energy density than hydrogen.
Achieving these goals will require multidisciplinary expertise in the field of chemical, material, process and device engineering. In my career I have demonstrated skills in similarly complex projects and in each of these challenging fields, bringing to technological and socio-economic benefits.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2020-STG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

POLITECNICO DI TORINO
Contributo netto dell'UE
€ 1 498 750,00
Indirizzo
CORSO DUCA DEGLI ABRUZZI 24
10129 Torino
Italia
Regione
Nord-Ovest Piemonte Torino
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 498 750,00

Beneficiari (1)