El sector químico es el mayor consumidor de energía industrial y utiliza combustibles fósiles tanto como materia prima como para uso energético. Gran parte de esto último ocurre porque las reacciones que convierten la materia prima en productos útiles generalmente dependen de la catálisis térmica. Estos procesos a menudo requieren condiciones de reacción relativamente extremas, como altas temperaturas y presiones. Esto da como resultado una reducción de la eficiencia del proceso y, en última instancia, una huella de carbono sustancial.  

Materias primas alternativas como residuos, biomasa y CO2 puede ayudar a la industria a abordar el uso de combustibles fósiles como materia prima. Sin embargo, para que la industria cumpla los objetivos de reducción de emisiones, también será necesario un proceso más eficiente desde el punto de vista energético. Las tecnologías convencionales han alcanzado un alto nivel de optimización, lo que significa que la industria química debe abordar las emisiones derivadas del uso de combustible. La captura de carbono ha aumentado en los últimos años, pero enfrenta algunos desafíos, incluidos los costos y la infraestructura, mientras que el uso de energía renovable puede ayudar a reducir las emisiones, aunque los costos son variables. 

La fotocatálisis ofrece una ruta para utilizar energía renovable para el procesamiento químico y aumentar la eficiencia del proceso, por lo que reduce significativamente las emisiones asociadas al uso de combustibles fósiles, en caso de que la tecnología crezca económicamente. 

¿Cómo funciona la fotocatálisis y cuáles son sus beneficios? 

En la fotocatálisis, la energía luminosa se utiliza para activar un catalizador que luego acelera una reacción química. A diferencia de la catálisis térmica, las velocidades de reacción tienen una relación exponencial con la intensidad de la luz y la temperatura. Esto significa que la fotocatálisis requiere temperaturas significativamente más bajas que la catálisis térmica para las velocidades de reacción requeridas.  

Los beneficios teóricos de la fotocatálisis fueron el foco de la investigación realizada por científicos de la Universidad Rice que desarrollaron fotocatalizadores plasmónicos que pueden impulsar reacciones químicas con alta eficiencia, selectividad y especificidad fotocatalítica. Luego se concedió la licencia de la tecnología a Sicigia plasmónicas que desarrolló 'fotorreactores' que utilizan LED para iluminar fotocatalizadores, que catalizan reacciones. Los reactores están fabricados con materiales relativamente económicos, lo que ayuda a mantener bajos los costes de capital. Mientras tanto, el proceso se beneficia de una alta eficiencia, selectividad y especificidad que resultan en un menor uso de energía, lo que resulta en menores costos y una reducción de la huella de carbono.  

El potencial de impacto   

Syzygy Plasmonics ha desarrollado la tecnología para varias aplicaciones, incluida la descomposición (craqueo) de amoníaco. El amoníaco, que actualmente se produce en grandes volúmenes para fertilizantes, es cada vez más reconocido como un prometedor portador de hidrógeno, útil como combustible para el transporte y para la importación de energía. Sin embargo, la eficiencia (y el costo) de ida y vuelta de la producción y descomposición del amoníaco sigue siendo una barrera para su adopción. Cuando se implementa a escala, la tecnología de Syzygy promete una eficiencia mucho mayor que el craqueo térmico, lo que abre la posibilidad de desplazar las importaciones de gas natural con importaciones de amoníaco limpio. 

Existen otros enfoques para la importación de energía, y el amoníaco se compara especialmente favorablemente con otros portadores de hidrógeno como el metanol, donde el acceso a fuentes de carbono es limitado. La cantidad de amoníaco que se volverá a convertir en hidrógeno para uso energético o industrial depende de muchas variables. 100-130 Mt de hidrógeno para 2050 se alinearían con Estimaciones de la AIE para la demanda de nitrógeno para uso energético, pero podría ser uso directo o hidrógeno. Si todo estuviera craqueado, utilizar la tecnología Syzygy en lugar del craqueo térmico ahorraría entre 1000 y 1250 TWh de energía, alrededor de 3 veces el uso total anual de energía en el Reino Unido.  

Es poco probable que la tecnología se implemente a escala a menos que compita en costo total con otras tecnologías. Sin embargo, se espera que las eficiencias reduzcan los costos y Syzygy espera que la tecnología reduzca los costos totales asociados con el craqueo de amoníaco en más de un 20% en comparación con el craqueo térmico, aunque la competitividad de los costos dependerá de los costos de la energía renovable. 

Mirando hacia el futuro 

Syzygy tiene un proyecto piloto de craqueo de amoníaco en desarrollo con Lotte Chemicals, mientras que el potencial de ampliación se reafirmará cuando Syzygy demuestre eficiencias a escala. La tecnología también se ha probado para varias aplicaciones, incluido el reformado de metano con vapor (para producir hidrógeno) y el reformado de metano seco (para producir gas de síntesis que puede usarse en la producción de metanol o combustible para aviones). Existen muchas otras aplicaciones, incluida la tecnología para la síntesis de amoníaco, hidrógeno verde, etileno y síntesis de aromáticos, con potencial para ahorrar gigatoneladas de emisiones de carbono. 

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