Ogni anno, quasi 20 milioni di tonnellate di nitrato di ammonio sono prodotte in tutto il mondo. È finora il fertilizzante più potente, economico e conveniente sul mercato, sostenendo gli agricoltori nell’alimentazione di miliardi. Tuttavia, la recente catastrofica esplosione a Beirut è un promemoria dei pericoli associati allo stoccaggio e al trasporto impropri di questa comune sostanza chimica., Come possiamo sfruttare il potere del nitrato di ammonio garantendo al tempo stesso che tragedie come Beirut siano evitate in futuro?
Il disastro di Beirut
Il 4 agosto 2020, una grande quantità di nitrato di ammonio in un hangar di stoccaggio nel porto di Beirut è esplosa, causando oltre 300 morti e 6.000 feriti, oltre a enormi danni materiali, lasciando circa 300.000 persone senza casa., La catastrofica esplosione di Beirut è stata uno dei pochi incidenti su larga scala causati dal nitrato di ammonio, paragonabile solo alle esplosioni di Texas City, Stati Uniti (1947), Tolosa, Francia (2001) e Tianjin, Cina (2015).
Dall’inizio del 20 ° secolo, ci sono stati quasi 40 grandi incidenti, con oltre la metà di questi si sono verificati negli ultimi 20 anni. Undici di questi incidenti hanno coinvolto più di 1.000 tonnellate di nitrato di ammonio o causato più di 30 morti (figura 1). Oltre l ‘ 80% di questi incidenti si è verificato durante lo stoccaggio o il trasporto di nitrato di ammonio (figura 2)., L’analisi di questi incidenti mostra che le esplosioni di nitrato di ammonio sono quasi sempre precedute da incendi o altre fonti di ignizione.
Per ulteriori approfondimenti sulle proprietà chimiche del nitrato di ammonio, i suoi pericoli e le norme di sicurezza scarica questo approfondito rapporto CAS.
Il nitrato di ammonio può essere domato?
Cosa si può fare per evitare tragedie come Beirut in futuro? La chiave per guidare l’innovazione futura in questo spazio è comprendere la struttura molecolare e le reazioni che causano queste potenti esplosioni., Il nitrato di ammonio è prodotto dalla reazione di ammoniaca con acido nitrico in acqua seguita da un’attenta evaporazione dell’acqua.
L’ammoniaca viene spesso preparata dall’azoto atmosferico, mentre l’acido nitrico viene preparato dalla combustione dell’ammoniaca, e quindi il nitrato di ammonio viene fabbricato più convenientemente dove viene prodotta l’ammoniaca. La formazione di nitrato di ammonio emana quantità significative di calore, quindi è fatto in soluzione acquosa per dissipare meglio quel calore., L’acqua deve essere quindi rimossa dalla soluzione per produrre nitrato di ammonio solido, il più delle volte per evaporazione. Mentre il nitrato di ammonio è stabile alle temperature usuali della sua fabbricazione e purificazione, gli additivi sono spesso usati riducono i pericoli. Ad esempio, composti di potassio come fertilizzanti azoto-potassio e azoto-fosforo-potassio sono stati utilizzati per aumentare la stabilità del nitrato di ammonio alla transizione di fase e diminuire la sua sensibilità all’esplosione., Nitrati di calcio e magnesio sono stati aggiunti al nitrato di ammonio in piccole quantità per migliorare la sua stabilità fisica, ma le miscele assorbono più facilmente l’acqua dall’atmosfera. Il nitrato di ammonio di calcio (CAN), preparato da nitrato di ammonio e carbonato di calcio, viene utilizzato in alcuni casi come alternativa al nitrato di ammonio. Il solfato di alluminio inoltre è stato usato come additivo di secchezza per il nitrato di ammonio. Mentre queste alternative hanno aiutato, è importante notare che le impurità indesiderate nel processo di fabbricazione possono ridurre la sua stabilità o facilitare l’esplosione.,
L’innovazione del nitrato di ammonio si è concentrata sulla sicurezza
Un’analisi approfondita della raccolta di contenuti CAS rivela alcune aree chiave che hanno iniziato ad emergere nel panorama della proprietà intellettuale, delineando gli sforzi per prevenire esplosioni accidentali o abusi. Questi includono avanzamenti intorno a miscele, rivestimenti, formulazioni a rilascio lento, controllo delle dimensioni delle particelle e approcci di igroscopicità che riducono al minimo il potenziale di uso improprio e aumentano la stabilità per uno stoccaggio più sicuro., Ad esempio, è stato inventato un rivestimento per un fertilizzante che impedisce l’infiltrazione di idrocarburi, come l’olio combustibile, nei pori del fertilizzante, riducendo così la sua efficacia come ossidante (WO2003106377). In alternativa, sono stati esplorati anche approcci igroscopici aggiungendo un ingrediente chiave come un doppio sale di urea che forma un fertilizzante stabile con nitrato di ammonio (US20150218058)., Quindi, sono emerse alcune alternative che forniscono agli utenti opzioni sicure e convenienti, ma ci sono ancora compromessi significativi sia in termini di sicurezza che di contenuto di azoto, quindi è ancora necessaria una maggiore innovazione.
Alla ricerca di fertilizzanti azotati alternativi
Sebbene il nitrato di ammonio sia un fertilizzante importante a causa del suo alto contenuto di azoto, i suoi rischi esplosivi ne limitano l’applicazione ed è stato persino vietato in alcune aree., Ridurre la concentrazione di nitrato di ammonio, trovare composti alternativi e sviluppare forme più sicure sono strategie che possono aiutare ad aumentare la sicurezza dei fertilizzanti azotati. La tabella 1 elenca i fertilizzanti azotati alternativi che sono emersi come opzioni più sicure che potrebbero fornire sostituti al nitrato di ammonio. Sfortunatamente, l’alternativa con il più alto contenuto di azoto è l’ammoniaca anidra, che è un gas tossico a temperatura ambiente., Altre alternative con alto contenuto di azoto, come soluzioni di idrossido di ammonio e urea, sono attraenti a causa del loro basso costo ed efficacia; tuttavia, sono volatili. Formulazioni a lento rilascio di urea, così come lignine modificate e idrogel, sono stati sviluppati per superare questa sfida.
Tabella 1., List of alternative nitrogenous fertilizers
|
Fertilizer |
Comment |
|
|---|---|---|
|
Anhydrous ammonia |
Pressurized gas, Risk Management Plan (RMP)-regulated substance with a threshold of 10,000 lbs, regulated as Dangerous Goods for transportation.,div id=”8648a5f2f4″> Sodium nitrate |
Stable |
|
Calcium cyanamide |
Contains calcium |
|
|
Calcium nitrate |
Contains calcium |
Handling ammonium nitrate safely
Previous disasters have heightened public awareness of the explosive nature of ammonium nitrate, and the consequences of its unsafe storage and use., In risposta, molti regolamenti, regole e linee guida per il nitrato di ammonio, in particolare per quanto riguarda il suo stoccaggio e la manipolazione, sono emersi in diverse aree per migliorare la sicurezza. Le principali normative statunitensi per il nitrato di ammonio sono “OSHA 29 CFR 1910.109 – i) – Stoccaggio del nitrato di ammonio” e il Memorandum di “Guida sui requisiti di stoccaggio del nitrato di ammonio in 29 CFR 1910.109 (i)” pubblicato in 2014 dopo l’Adair Grain Inc., Esplosione di società del fertilizzante di ovest di DBA nel 2013., Degno di nota, tuttavia, l’applicazione diligente delle norme e dei regolamenti di sicurezza è la chiave per evitare incidenti futuri come il disastro di Beirut., possono essere riassunti come segue
(Figura 3):
- Ventilazione: capace di un’adeguata ventilazione in caso di incendio
- Isolamento da combustione: non è combustibile e materiali resistenti sono obbligatori
- controllo della Temperatura: temperatura di stoccaggio deve essere inferiore a 130℉
- Volume: i limiti di archiviazione deve essere inferiore a 2270 tonnellate
- protezione Antincendio e prevenzione: stretta di fuoco di tutte le protezioni necessarie
- Evitare di combustibili contaminanti: dividendo di stoccaggio di altri prodotti
Nonostante i problemi di sicurezza, il nitrato di ammonio rimane un fertilizzante importante in tutto il mondo in quanto è efficace, economico e facile da produrre. Tuttavia, come è stato evidenziato ancora una volta dall’incidente di Beirut, la suscettibilità del nitrato di ammonio a incendi ed esplosioni a causa di pratiche di stoccaggio inadeguate o contaminazione presenta rischi significativi., Regolamenti incoerenti e una mancanza di consapevolezza sostenuta su come gestire e conservare in sicurezza il nitrato di ammonio all’interno della catena di approvvigionamento globale sono sfide chiave che devono essere superate attraverso l’educazione e la difesa per prevenire un’altra tragedia globale.
Scopri come gli scienziati stanno rendendo il nitrato di ammonio più sicuro nel nostro più recente libro bianco Lezioni apprese dal nitrato di ammonio.