L'industria dell'ammoniaca e dei suoi derivati

L'ammoniaca è uno dei principali building blocks della chimica inorganica. La produzione mondiale è stimata in circa 150 milioni di tonnellate all'anno. La sua molecola (NH₃) è formata dall'unione di un atomo di azoto e tre atomi di idrogeno.

Ammoniaca e fertilizzanti

L'ammoniaca riveste un ruolo essenziale nei sistemi agricoli globali grazie al suo impiego nella produzione di fertilizzanti. I principali tipi di fertilizzanti chimici si distinguono in base al nutriente principale fornito alle piante:

• azoto (fertilizzanti azotati), fondamentale per la crescita delle piante;
• fosforo (fertilizzanti fosfatici), importante per lo sviluppo delle radici e la fioritura;
• potassio (fertilizzanti potassici), essenziale per la resistenza delle piante e la qualità dei frutti.

L’ammoniaca rappresenta il punto di partenza per tutti i fertilizzanti azotati minerali. Circa il 70% della produzione globale di ammoniaca è destinato a questo utilizzo.

Il restante 30% dell'ammoniaca viene impiegato in varie applicazioni industriali, tra cui la produzione di plastiche, esplosivi e fibre sintetiche.

Ammoniaca come vettore di trasporto dell'idrogeno

Ancora marginale è, invece, l'uso dell'ammoniaca come hydrogen carrier (vettore di idrogeno), sebbene le sue potenzialità siano molto elevate nel contesto della transizione energetica. I vettori di idrogeno sono sostanze che formano legami con atomi di idrogeno, dai quali può essere successivamente rilasciato tramite reazioni chimiche, rendendolo disponibile per l'uso in celle a combustibile o in altri processi energetici.

Tra i principali vettori di idrogeno figurano l'ammoniaca, il toluene e il metanolo. Rispetto a questi, l'ammoniaca offre due vantaggi distintivi: una maggiore densità di idrogeno (H₂) e l'assenza di emissioni di CO₂ durante il rilascio dell'idrogeno.

Produzione di ammoniaca ed emissioni di CO₂

La produzione mondiale di ammoniaca dipende fortemente dai combustibili fossili. Poco più del 70% dell'ammoniaca viene prodotta tramite steam reforming del metano, mentre la restante parte deriva dalla gassificazione del carbone. La produzione di ammoniaca è altamente intensiva in termini di emissioni: per ogni tonnellata di ammoniaca prodotta, si generano tra 1.6 e 2.6 tonnellate di CO₂, a seconda che la fonte primaria sia il metano o il carbone. Si tratta di valori circa il doppio di quelli associati alla produzione di acciaio grezzo e quattro volte superiori rispetto a quelli del cemento. Inoltre, l'ammoniaca provoca anche emissioni indirette di CO₂ dovute alle reazioni chimiche che avvengono quando i fertilizzanti ammoniacali vengono applicati ai terreni.

A causa della sua elevata impronta ambientale, la produzione di ammoniaca con i processi attuali non è sostenibile. Esistono metodi di produzione a minore intensità di CO₂, ma comportano costi più elevati. Questa situazione genera un elevato rischio di prezzo, con la possibilità sia di forti riduzioni in caso di calo della domanda, sia di aumenti significativi se l'offerta si sposterà verso tecnologie produttive più sostenibili ma più costose.

Per limitare il vantaggio competitivo dei produttori extra-UE sul mercato europeo, l'ammoniaca è stata inserita tra i beni soggetti al CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) dell'Unione Europea. Questo meccanismo regolatorio mira ad allineare i costi di produzione tra prodotti UE e importazioni extra-UE, incentivando una produzione più sostenibile anche nei paesi terzi. Il CBAM entrerà ufficialmente in vigore nella sua fase definitiva il 1° gennaio 2026.

Struttura del mercato mondiale e prezzo unico globale

La relativa facilità di trasporto dell'ammoniaca ha favorito i suoi scambi internazionali, raggiungendo un picco di 20 milioni di tonnellate di domanda mondiale nel 2018, pari al 13% della produzione globale di ammoniaca. Tra i grandi building blocks della chimica, l'ammoniaca, insieme al benzene, è il prodotto con la maggiore quota di produzione destinata ai mercati esteri. Tuttavia, negli ultimi anni, prima la crisi pandemica e poi le sanzioni contro la Russia hanno ridotto gli scambi mondiali di ammoniaca, stimati nel 2024 a circa 15 milioni di tonnellate.

L'elevata quota di scambi internazionali ha favorito la formazione di un unico mercato mondiale, con un prezzo omogeneo tra le diverse aree, come illustrato nell'articolo L’ammoniaca nel mercato globale: dinamiche degli scambi e dei prezzi.

Cost Pass-Through del prezzo dell'ammoniaca

La figura seguente illustra la mappa della filiera produttiva basata sull'ammoniaca come materia prima. Il suo impiego principale è nella produzione di fertilizzanti azotati: urea, fosfato diammonico (DAP), fosfato monoammonico (MAP), nitrato di ammonio e solfato di ammonio. In combinazione con il benzene, l'ammoniaca viene inoltre utilizzata per produrre anilina, un intermedio chimico impiegato nella produzione di numerosi composti, tra cui il difenildiisocianato di metilene (MDI). Combinata con il propilene, l'ammoniaca figura tra gli input per la produzione di acrilonitrile, una materia prima essenziale per fibre sintetiche, plastica e gomma. Infine, l'ammoniaca è fondamentale nel processo Solvay per la produzione di carbonato di sodio.

La mappa, oltre a rappresentare i legami di filiera tra i diversi prodotti chimici, fornisce anche un'informazione economica rilevante: l'elasticità del prezzo di ciascun derivato rispetto al prezzo dell'ammoniaca. I valori numerici indicano quanto varia il prezzo del composto al variare del prezzo dell'ammoniaca. Ad esempio, il valore 0.42 associato al fosfato diammonico indica che una variazione del 10% del prezzo dell'ammoniaca comporta una variazione del 4.2% del prezzo del DAP.

L'analisi delle elasticità riportate nella mappa evidenzia l'importanza del prezzo dell'ammoniaca nel determinare il prezzo dell'urea. Significativo è anche l'effetto sulle altre materie prime fertilizzanti. Viceversa, il prezzo dell'ammoniaca è meno rilevante per la determinazione del prezzo dell'anilina, dell'acrilonitrile e, soprattutto, del carbonato di sodio. Pur essendo fondamentale nel processo Solvay, il prezzo dell'ammoniaca incide poco sul costo di produzione del carbonato di sodio, poiché gran parte dell'ammoniaca viene recuperata come sottoprodotto e reimmessa nel processo.

In sintesi

L'ammoniaca è uno dei principali building blocks dell'industria chimica. Nel corso di questo secolo, gli scambi commerciali di ammoniaca sono progressivamente aumentati fino al 2018, creando le condizioni per un mercato globale con un unico prezzo di riferimento.

L'ammoniaca svolge un ruolo cruciale nella produzione di fertilizzanti azotati, incidendo significativamente sui loro prezzi. Sebbene sia utilizzata anche come intermedio in numerosi altri processi chimici, in molti casi il suo peso sui costi di produzione risulta limitato.

La composizione chimica dell'ammoniaca (NH₃) la rende potenzialmente un elemento chiave nella transizione energetica come vettore di trasporto dell'idrogeno.

Nel prossimo futuro, il prezzo dell'ammoniaca potrebbe subire forti variazioni: da un lato, la domanda potrebbe ridursi a causa della scarsa sostenibilità ambientale degli attuali metodi produttivi; dall'altro, i costi di produzione potrebbero aumentare con l'adozione di tecnologie più sostenibili, ma anche più onerose.