Fertilizzanti dalle acque reflue, un nuovo processo recupera oltre il 90% dell’ammonio

L’azoto presente nelle acque reflue può smettere di essere soltanto un contaminante da eliminare e diventare una materia prima per l’agricoltura. Un gruppo di ricercatori cinesi ha sviluppato un sistema capace di effettuare il recupero dell’azoto sotto forma di ammonio e trasformarlo direttamente in fertilizzante liquido. Nei test condotti con reflui reali provenienti da allevamenti suini, la tecnologia ha raggiunto un’efficienza cumulativa del 90,2% dopo dieci cicli, con un consumo medio di 4,9 kWh per chilogrammo di azoto recuperato. I risultati sono stati pubblicati il 25 agosto su Nature Communications.

La prospettiva è quella di cambiare almeno in parte la funzione degli impianti di trattamento: non soltanto rimuovere nutrienti dalle acque reflue, ma recuperarli prima che vadano perduti. L’ammonio è infatti una delle principali forme di azoto presenti nei reflui e, se scaricato in quantità eccessive, contribuisce al deterioramento della qualità delle acque. Allo stesso tempo contiene un elemento essenziale per la produzione dei fertilizzanti. Il processo sviluppato dai ricercatori prova a tenere insieme le due esigenze.

Un elettrodo che cambia colore mentre cattura l’ammonio

La tecnologia, denominata ECSPR, utilizza un elettrodo a base di esacianoferrato di rame capace di catturare selettivamente gli ioni ammonio presenti nell’acqua. Nei test di laboratorio il materiale ha mostrato una selettività da 5 a 38 volte superiore rispetto ad altri cationi e una capacità compresa tra 2,2 e 2,7 millimoli per grammo.

La caratteristica più particolare del sistema emerge durante il funzionamento. Mentre assorbe e rilascia ammonio, l’elettrodo modifica reversibilmente il proprio colore. Questa variazione diventa una sorta di sensore incorporato nel materiale: attraverso il riconoscimento delle immagini e il machine learning, il sistema interpreta lo stato dell’elettrodo e stabilisce in tempo reale quando passare dalla fase di adsorbimento a quella di desorbimento e come indirizzare i flussi. Non è quindi necessario affidarsi esclusivamente a sensori esterni per determinare quando il materiale ha raggiunto un determinato livello di saturazione.

È questo passaggio a distinguere il processo da una semplice tecnologia elettrochimica di separazione. Il materiale che recupera l’ammonio fornisce contemporaneamente l’informazione necessaria per controllare il processo, mentre il software traduce il cambiamento visibile dell’elettrodo in una decisione operativa.

Dai reflui suini al fertilizzante liquido

La prova più significativa è stata condotta in modalità a flusso continuo utilizzando vere acque reflue di allevamento, anziché soluzioni preparate in laboratorio. In dieci cicli consecutivi il sistema ha recuperato complessivamente il 90,2% dell’ammonio grazie alla regolazione automatica, mantenendo un consumo energetico medio di 4,9 kWh per kg di azoto.

L’ammonio recuperato è stato quindi utilizzato per produrre direttamente solfato di ammonio liquido. Secondo gli autori, il fertilizzante ottenuto ha mostrato prestazioni agronomiche comparabili a quelle dei prodotti commerciali utilizzati come riferimento. Il passaggio è rilevante perché evita di fermarsi alla semplice concentrazione dell’azoto presente nei reflui: il risultato finale del processo è già un prodotto utilizzabile in agricoltura.

Resta naturalmente la distanza tra un sistema sperimentale e un’applicazione industriale su vasta scala. Lo studio non dimostra ancora che questa tecnologia possa sostituire i sistemi convenzionali di trattamento o competere economicamente in ogni tipologia di impianto. Gli autori hanno però affiancato alle prove tecniche un’analisi del ciclo di vita e una valutazione tecnico-economica, che indicano potenziali benefici ambientali e condizioni compatibili con una futura sostenibilità economica.

La prospettiva riguarda così un settore più ampio della sola depurazione. Se processi di questo tipo riuscissero a superare la fase sperimentale, una parte dell’azoto oggi presente nei reflui potrebbe rientrare nel ciclo produttivo sotto forma di fertilizzanti sostenibili. Acqua, trattamento dei rifiuti organici e produzione agricola diventerebbero segmenti dello stesso circuito di recupero delle risorse.