El hidrógeno verde como vector de energía sostenible marca tendencia para la transición energética. Podría ser clave en un futuro
El amoníaco verde, se obtiene a partir de fuentes de energía renovable y se presenta como una opción ecológica y libre de emisiones, con diversas aplicaciones en la industria y otros campos. Otra sustancia que podría ser clave en un futuro cercano: el amoníaco verde, la estrella velada de la energía libre de emisiones de CO2.
La mayoría de las personas probablemente no tienen asociaciones particularmente positivas con el amoníaco, NH3. Sin embargo, es uno de los productos químicos más producidos en el mundo. La industria química lo utiliza como material de partida para la síntesis de muchos compuestos, y la mayor parte del amoníaco se transforma en fertilizantes inorgánicos que contienen nitrógeno, siendo fundamental para el sector primario, así como para una variedad de otros productos químicos industriales. A modo de ejemplo, indicar que la producción anual de amoniaco convencional, producido principalmente a partir de gas natural como fuente de hidrógeno, se aproxima a 200 millones de toneladas.
A nivel mundial se puede considerar la generación de un promedio de casi tres toneladas de CO2 emitido por cada tonelada de amoníaco producida. Según estos cálculos, la producción de amoníaco representa alrededor del 2-3% de las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo. Estas emisiones nocivas podrían evitarse produciendo amoníaco verde a partir de hidrógeno renovable.
¿QUÉ ES EL AMONÍACO VERDE?
El amoníaco verde o amoníaco renovable se produce a partir de hidrógeno y nitrógeno neutros en CO2. El nitrógeno se obtiene a partir del aire. Por lo tanto, la producción del amoníaco verde de forma económica es posible en regiones ventosas y soleadas adecuadas para la producción de hidrógeno verde competitivo.
A diferencia del hidrógeno, el amoníaco se puede licuar y almacenar sin que se requiera una gran cantidad de energía. Esto hace que sea fácil de transportar. Dado que el amoníaco es un producto consolidado en el mercado de materias primas, ya existen infraestructuras globales para almacenarlo y transportarlo, como camiones cisterna diseñados para ello. Por lo tanto, transportar amoníaco verde no solo es más fácil, sino también más seguro y económico que el hidrógeno verde. Además, con el amoníaco se pueden transportar cantidades mucho mayores de energía en relación al volumen, ya que la densidad energética volumétrica del amoníaco es del 150% de la del hidrógeno líquido, y esta densidad puede alcanzarse en condiciones de almacenamiento casi ambientales. Además, el amoníaco tiene unos límites de explosividad en el aire muy inferiores a los del hidrógeno.
Después del transporte, el amoníaco verde se puede volver a convertir fácilmente en hidrógeno verde y se puede utilizar en numerosos procesos industriales como portador de energía neutra para el clima. Por ejemplo, en las industrias siderúrgica, cementera y química. El uso directo del amoniaco también es posible, por ejemplo, como combustible para barcos climáticamente neutros o en las turbinas de centrales eléctricas de gas.
¿CÓMO SE PRODUCE?
Para producir amoníaco verde, primero se debe generar hidrógeno verde mediante la electrólisis del agua. Este proceso separa el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando electricidad procedente de fuentes renovables. Una vez obtenido el hidrógeno verde, se mezcla con nitrógeno atmosférico en un proceso conocido como Haber-Bosch. En este método, el hidrógeno y el nitrógeno reaccionan a altas presiones y temperaturas, con la ayuda de un catalizador, para producir amoníaco. Así, se obtiene amoníaco verde utilizando hidrógeno verde y nitrógeno atmosférico.
¿CUÁLES SON LOS USOS DEL AMONÍACO VERDE?
Este compuesto químico puede utilizarse como:
- Vector para almacenar y transportar energía química, liberando energía directamente o mediante la descomposición del amoníaco para liberar hidrógeno.
- Combustible para el transporte mediante la combustión en motores o reaccionando en una pila de combustible para producir electricidad.
- Para almacenar energía térmica y como refrigerante en la industria alimentaria o en los circuitos industriales de aire acondicionado, y en la tecnología AdBlue para el control de las emisiones de NOx en los vehículos diésel.
Como contrapartida, hay que considerar que el amoniaco es una sustancia tóxica y corrosiva, que puede ser letal incluso en pequeñas concentraciones. Sin embargo, todos los combustibles son peligrosos en mayor o menor medida, y el amoníaco presenta una serie de peligros diferentes a las alternativas.
CONSIDERACIONES DE MERCADO
El reconocido potencial de protección climática del amoníaco en el sector energético también atrae a la industria petroquímica o fósil. La multinacional petrolera Saudi Aramco exportó de forma pionera en 2020 cuarenta toneladas de NH3 a Japón como combustible ecológico para centrales eléctricas. Sin embargo, la empresa saudí utilizó gas natural en lugar de energía eólica o solar para su producción. El CO₂ resultante fue capturado por Saudi Aramco y utilizado como materia prima química. Sobre el papel, el amoníaco es, por lo tanto, neutral para el clima. Pero el esfuerzo es enorme, y el concepto es dudoso desde el punto de vista climático.
El coste del amoníaco verde es actualmente significativamente más alto que el amoníaco comparable de los combustibles fósiles. Haldor Topsoe y Vestas están desarrollando una solución dinámica, escalable y rentable para mejorar el modelo comercial y aumentar el atractivo del amoníaco verde como sustituto de los combustibles fósiles. Haldor Topsoe desarrollará la tecnología de amoníaco completamente dinámica de la planta para garantizar una producción óptima y adaptarse a las fluctuaciones inherentes en la producción de turbinas eólicas y paneles solares. La planta de amoníaco estará conectada a una solución de hidrógeno verde desarrollada por Vestas, que integra la electrólisis con el viento y el sol en un sistema de control inteligente.
Otros ejemplos destables son el que están desarrollando Nutriem y la naviera Exmar para un barco que funcionará con amoniaco y que estará listo en 2025, o el desarrollo de motores marinos para amoníaco por MAN y Wärstila. Otra opción es su uso como combustible alternativo para la aviación, con un primer prototipo desarrollado por AviationH2.
EJEMPLOS REALES
La planta de hidrógeno verde de Iberdrola en Puertollano, la mayor instalación de este tipo para uso industrial en Europa, se encarga del suministro de fábrica de amoníaco de Fertiberia, localizada en el propio municipio. La compañía especializada en fertilizantes ha adaptado sus procesos a esta tecnología para reducir en hasta un 10% las necesidades de gas natural en la planta y convertirse en la primera compañía europea de su sector que desarrolla una experiencia a gran escala de generación de amoníaco verde. Fertiberia también invertirá 264 millones de euros para construir una nueva planta de amoníaco verde en su fábrica de Palos de la Frontera.
Una de las mayores propuestas en este sentido es el proyecto “Catalina”, pionero a nivel global para la producción de hidrógeno y amoníaco verde. Naturgy, Copenhagen Infrastructure Partners, Enagás, Fertiberia y Vestas están desarrollando la primera fase de esta iniciativa, que conectará Aragón y Valencia a través de un hidroducto que transportará este hidrógeno a una planta de amoníaco de nueva construcción en Sagunto, que generará 200.000 toneladas de amoníaco al año.
La agencia de cooperación alemana GIZ y un consorcio europeo-chileno formado por las empresas Soventix Chile, SI Solar Investments y Pabettin han anunciado la firma de un contrato para ejecutar el proyecto de Cooperación Público-Privada “SolarNH3-Pool Chile: Parque de producción de amoníaco verde optimizada en Antofogasta para la exportación”, en el marco del Programa Internacional H2Uppp implementado en el país andino por el Programa Energías Renovables de GIZ. Asimismo, KBR ha anunciado que su tecnología de amoníaco verde, K-GreeN®, ha sido seleccionada por Enaex, S.A. para su innovador proyecto HyEx de amoníaco verde en Chile. El proyecto HyEx demostrará la estabilidad operativa de la producción de amoníaco ecológico utilizando energía renovable procedente de plantas fotovoltaicas.
UNA ALTERNATIVA NECESARIA
En conclusión, de forma velada y evitando la sobreexposición mediática del hidrógeno renovable, el amoníaco verde ofrece una perspectiva posiblemente más real para generar un portador de energía almacenable utilizando electricidad proveniente de energía eólica y fotovoltaica.
En la aplicación práctica, la densidad de energía específica en volumen es particularmente importante, y la del hidrógeno a presión atmosférica es extremadamente baja a 0,003 kWh/l, a pesar de que el hidrógeno tiene la mayor densidad de energía específica de masa con 33,3 kWh/kg, y la densidad energética del hidrógeno comprimido (700 bar, 15ºC) y líquido (criogénico, -219ºC) entre 1,3kWh/l y 2,4kWh/l respectivamente. Por el contrario, la densidad energética volumétrica del amoníaco líquido (20ºC) es de 3,5 kWh/l para una presión de tan solo 8,6 bar. Dado que la densidad energética del amoníaco es todavía relativamente baja en comparación con los combustibles líquidos a base de carbono (diésel: 9,9 kWh/l), es especialmente adecuado como combustible para el transporte en vehículos con volúmenes grandes, como por ejemplo en el sector marítimo.
En definitiva, el amoniaco verde es un vector energético con gran potencial que puede contribuir de forma significativa en la aplicación de las energías sostenibles a múltiples actividades y fomentar el avance hacia la descarbonización de nuestra economía.
Doctor en Ciencias Químicas y licenciado en Ciencias Físicas y Máster Europeo en Polímeros y Materiales Compuestos. Director de Mercado I+D y alianzas externas de ITCL. Con experiencia de más de 20 años como director de la Unidad de Materiales Avanzados de Carbono en el Grupo Antolin Ingeniería. Colaborador científico en más de 25 proyectos a nivel europeo y nacional. Ha publicado 8 patentes europeas, ha dirigido más de 35 publicaciones científicas e impartido numerosas ponencias en congresos internacionales