Con las preocupaciones sobre el cambio climático en mente, el mundo está desesperado por llegar a una producción neta de carbono cero lo antes posible. Si bien la electrificación directa se está volviendo popular para los automóviles de pasajeros regulares, aún no es práctica para aplicaciones que consumen más energía, como aviones o envíos intercontinentales. Por lo tanto, se ha iniciado la búsqueda de reemplazos más limpios para los combustibles fósiles convencionales.
El hidrógeno es el más comúnmente citado, deseable por el hecho de que se quema muy limpiamente. Su único producto de combustión principal es el agua, aunque su combustión puede generar algunos óxidos de nitrógeno cuando se quema con aire. Sin embargo, el hidrógeno aún no se ha popularizado en masa, debido en gran parte a problemas relacionados con el transporte, el almacenamiento y la producción.
Sin embargo, todo esto podría cambiar con la ayuda de un químico común en el jardín: el amoníaco. El amoníaco ahora está pasando a primer plano como una solución alternativa. A menudo se lo cita como una forma potencial de almacenar y transportar hidrógeno en una forma química alternativa, ya que su fórmula consta de un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. Sin embargo, más recientemente, el amoníaco se considera un combustible por derecho propio.
Echemos un vistazo a cómo este producto de limpieza común podría ser parte de una nueva revolución energética.
Una quemadura limpia
Al igual que el hidrógeno, el amoníaco es inflamable. Tampoco contiene carbono, por lo que no produce dióxido de carbono durante la combustión. Tiene mucho mejor contenido de energía por volumen, casi el doble que el hidrógeno, aunque solo un tercio del diesel. También es mucho más fácil de almacenar que el hidrógeno; es líquido a solo -33 °C, en comparación con el hidrógeno líquido que debe almacenarse a -253 °C. Además, el amoníaco no tiene el mismo problema de almacenamiento que el hidrógeno, que puede filtrarse a través de pequeños espacios en casi cualquier material. a menudo dañándolos en el proceso.
La preocupación es obtener este combustible de manera limpia. En la actualidad, el amoníaco se fabrica utilizando la Proceso Haber-Bosch, que combina hidrógeno y nitrógeno para producir amoníaco. Los combustibles fósiles se utilizan normalmente como fuente de hidrógeno. En un proceso llamado reformación con vapor, el metano del gas natural se convierte en hidrógeno, pero el proceso conlleva importantes emisiones de dióxido de carbono. De hecho, la producción de amoníaco actualmente representa alrededor del 1% de las emisiones globales de carbono.
El amoníaco verde es la solución, en la que el hidrógeno se suministra de forma más limpia. Esto generalmente implica el uso de hidrógeno que se genera al dividir el agua con fuentes de energía renovables como la energía eólica o la energía solar. Esto permite la producción de amoníaco con mucho menos dióxido de carbono emitido, lo que de otro modo arruinaría su potencial como combustible más limpio.
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La industria del transporte marítimo es responsable del 2.5% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. Hace tiempo que se intenta reducir la huella de emisiones del transporte marítimo en todos los ámbitos, y el amoníaco podría ser la última herramienta en esa lucha.
Desafortunadamente, las propiedades de combustión únicas del amoníaco significan que no es un reemplazo directo para los combustibles marinos existentes. Por lo general, estos incluyen diésel y fuel oil pesado que se utilizan para hacer funcionar motores alternativos gigantes de baja velocidad, aunque el gas natural licuado se está volviendo popular como una alternativa un poco más ecológica.
Por lo tanto, se están realizando esfuerzos para desarrollar motores marinos que puedan utilizar amoníaco como combustible. MAN ha desarrollado un motor marino de dos tiempos que funciona con amoníaco, y ya existen planes para usar el motor para impulsar camiones cisterna así como como graneleros y portacontenedores. La compañía está trabajando en un paquete de actualización para permitir que los barcos más antiguos también funcionen con amoníaco.
El amoníaco también presenta algunos desafíos únicos fuera del motor en sí. Gracias a su menor densidad energética respecto al diésel, un barco que convencionalmente utilizaría un 1,000 m3 el tanque de combustible necesitaría 2,755 m3 ir tan lejos usando amoníaco en su lugar. Sin embargo, sigue superando al hidrógeno o las baterías como posibles opciones, lo que requeriría 4,117 m3 y 14,000 m3 para almacenar la misma energía respectivamente.
Como ocurre con la mayoría de los combustibles nuevos, también existe el problema de la infraestructura. Pocos o ningún puerto actualmente ofrece amoníaco a granel como combustible, y no es realmente práctico enviar al compañero de su barco al supermercado local para recoger miles de botellas de productos de limpieza para hacer funcionar el motor. Sin embargo, si los motores de amoníaco funcionan bien en la práctica, hay muchas posibilidades de que se ponga de moda y que la industria naviera comience a impulsar el uso generalizado del combustible más limpio.
Para centrales eléctricas
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Japón está explorando el uso de amoníaco como combustible de combustión conjunta para centrales eléctricas de carbón. La intención es añadir un 20% de contenido de amoníaco por poder calorífico al combustible de estas plantas para reducir las emisiones de carbono. Como con muchos otros proyectos de combustibles más limpios, comenzar con una mezcla es menos desafiante tecnológicamente y también alivia la presión sobre las cadenas de suministro. La tecnología se pondrá a prueba en 2023 y se espera que el combustible mezclado al 20 % esté listo para su uso práctico en 2025. A más largo plazo, se espera que la combustión de amoníaco al 100 % pueda usarse para la generación de energía, pero ese objetivo está fijado para 2040 o más allá.
Un combustible sin carbono para la generación de energía sería una herramienta útil para respaldar las fuentes de energía renovables que no están disponibles las XNUMX horas. Sin embargo, la combustión de amoníaco aún crea óxidos de nitrógeno y, por lo tanto, no es tan limpia como opciones como la energía solar y eólica.
El uso de amoníaco para la generación de energía aumentará significativamente la demanda de este producto químico en Japón. Japón solo utilizó 1.1 millones de toneladas de amoníaco en 2019. Para alcanzar el objetivo del 20 % de cocombustión con amoníaco, establecido para mediados de la década de 2030, Japón necesitaría 20 millones de toneladas de amoníaco al año. Esa es aproximadamente la cantidad total de amoníaco que se comercializa actualmente en el mercado global, por lo que simplemente comprar más no es una opción.
Existen planes para escalar hasta 3 millones de toneladas en la cadena de suministro nacional para 2030. Las intenciones son aumentar aún más a 30 millones de toneladas para 2050. Es probable que mucho sea importado de ultramar, con la industria explorando opciones para construir nuevas terminales para enviar cientos de miles de toneladas al año por mar.
Mirando hacia el futuro
Si se quiere que el amoníaco se convierta en un combustible más limpio para el futuro, varias fichas de dominó deben caer a su favor. Se deben implementar instalaciones de producción masiva para producir amoníaco de forma limpia y a partir de fuentes de energía renovables. La infraestructura de almacenamiento y envío debe seguir, y el rendimiento del combustible debe confirmarse en el mundo real. También tendría que ser competitivo en costos con opciones de energía renovable como electricidad directa de energía solar y eólica, lo cual es una decisión difícil en el espacio de la red eléctrica.
Sin embargo, los humanos se sienten familiarizados y seguros cuando se trata de quemar combustibles para obtener energía, y existen grandes aspectos prácticos de los combustibles líquidos que las soluciones alternativas aún no han igualado. El amoníaco podría convertirse así en una estrella en la marcha de la humanidad hacia un futuro energético más limpio.
Foto del cartel: “Osaka Japónde Pedro Szekely
