Sostituire il carbone con urina e luce solare per produrre ferro? Lo studio “Natural sciences for post-growth in practice: low-tech iron oxide reduction under a concentrated light flux using urine-derived ammonia and hydrogen as reducers”, pubblicato sul Journal of Cleaner Production da un team di scienziati del Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (LPCNO) dell’Université de Toulouse e del Centrum voor Wetenschaps- en Technologiestudies (CWTS) dell’Universiteit Leiden, ha portato a compimenti con successo questa idea, un po' folle, e a basso impatto tecnologico, formulata circa dieci anni fa.
Julian Carrey, del LPCNO e coautore dello studio, ha spiegato: «Volevamo affrontare il tema della metallurgia del ferro perché si tratta di un processo molto vicino ai bisogni primari dell'uomo, ma il cui principio fondamentale non si è evoluto per millenni: l'utilizzo del carbonio. Volevamo dimostrare che è possibile una metallurgia a bassa tecnologia che non si basi sul carbonio. Il processo, quindi, non contribuirebbe né alla deforestazione né all'esaurimento dei combustibili fossili».
I ricercatori ricordano che «La metallurgia prevede la trasformazione dell'ossido di ferro (Fe2O3) in ferro (Fe) utilizzando un agente riducente chimico, tradizionalmente il carbonio, secondo l'equazione Fe2O3 + 3/2c → 2 Fe + 3/2 CO2 . E’ possibile utilizzare agenti riducenti non a base di carbonio, come l'idrogeno o l'ammoniaca. In questo caso, non si verificano emissioni di CO2 durante il processo. Questa è attualmente la strada presa in considerazione dall'industria per decarbonizzare questo processo. Tuttavia, nel processo industriale previsto attualmente, la produzione di idrogeno o ammoniaca richiede processi ad alta tecnologia basati sull'utilizzo di quantità molto elevate di elettricità. Pertanto, il nostro team ha calcolato, in un articolo pubblicato nel 2025 (“Towards solar metallurgy: Iron ore reduction by ammonia under concentrated light flux”, su Solar Energy) che sarebbero necessari tra 1/5 e 1/4 della produzione globale di elettricità per decarbonizzare la metallurgia utilizzando questo processo. Per sostituire il carbone come fonte di calore, il principio prevede la concentrazione dei raggi solari mediante grandi riflettori per aumentare la temperatura di un reattore; questo è noto come "energia solare concentrata". Questo principio può essere utilizzato su scala domestica per cucinare, ma anche su scala più ampia per la generazione di elettricità. Esistono diverse centrali di questo tipo in Spagna e Nord Africa. Il principio alla base di queste centrali solari potrebbe essere utilizzato per la produzione metallurgica. I collaboratori del nostro team presso il forno solare di Odeillo hanno condotto esperimenti e sviluppato modelli che dimostrano che questo è possibile. Il componente principale dell'urina è l'urea, con una concentrazione media di circa 20 g/L. L'urea si decompone in ammoniaca sotto l'influenza del calore o di un enzima, l'ureasi, presente in alcune piante e batteri. Questi batteri contenenti ureasi possono moltiplicarsi nel tempo nell'urina o nelle acque reflue conservate, consentendo così la decomposizione dell'urea in ammoniaca nell'urina senza l'aggiunta di ulteriori sostanze chimiche. Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che la decomposizione dell'urea in ammoniaca può essere significativamente accelerata aggiungendo semi di soia o di anguria tritati all'urina. Abbiamo anche dimostrato che l'urea può essere decomposta sottoponendola a un fascio di luce concentrato, che la riscalda. Indipendentemente dal metodo utilizzato, l'ammoniaca prodotta può essere impiegata per convertire l'ossido di ferro in ferro».
