Con un desastre climático causado por los combustibles fósiles a la vuelta de la esquina, muchos ven el amoníaco como una fuente potencial de combustible alternativo.

La historia de los motores a base de amoníaco se remonta al prototipo de Lamm en 1869, el desarrollo de un autobús y un avión cohete impulsados ​​por amoníaco en 1943 y 1960, y los viajes a campo traviesa de dos vehículos similares en 1981 y 2007. Sin embargo, el resurgimiento actual de los sistemas de energía limpia a base de amoníaco sigue siendo refrescantemente emocionante.

Con una catástrofe climática provocada por los combustibles fósiles a la vuelta de la esquina, muchos gobiernos e inversores públicos y privados han invertido mucho en el amoníaco como fuente de combustible. Asimismo, el amoníaco fue presentado por empresas y medios de comunicación como una fuente de energía neutra en carbono desde la producción hasta el uso.

La esperanza es que las tecnologías impulsadas por amoníaco puedan permitir la transición de los combustibles fósiles a la energía renovable.

El futuro del amoníaco

El amoníaco continúa inspirando varias tecnologías de energía verde, tanto como combustible para la generación de energía y calor como para su uso en motores de combustión limpia. Sorprendentemente, los únicos subproductos de la reacción de combustión son nitrógeno y agua.

Además, también está atrayendo el interés mundial como un portador de hidrógeno seguro para alimentar la creciente economía del hidrógeno, facilitada por la catálisis de energía renovable y la conversión de hidrógeno verde en combustible por electrólisis del agua. En comparación con otros métodos de almacenamiento de hidrógeno, la licuefacción del amoníaco permite el almacenamiento, transporte y distribución seguros de grandes cantidades de hidrógeno para su uso en sectores económicos que pueden utilizarlo.

Numerosas empresas de todo el mundo se están apresurando a avanzar estos conceptos en una cartera de tecnologías de energía de amoníaco libres de carbono. Una infraestructura de energía de amoníaco integrada incluye síntesis electroquímica y reformado catalítico de amoníaco a hidrógeno verde; Amoníaco como combustible para una variedad de motores en sistemas de transporte automotriz, de camiones, agrícola, marítimo y ferroviario; como materia prima en celdas de combustible para generar electricidad libre de carbono; como fuente de energía térmica en sistemas de calefacción urbana; e incluso para reciclar desechos plásticos gasificándolos en vapor, oxígeno o aire para formar hidrógeno para producir amoníaco.

En particular, el sistema de almacenamiento y distribución requerido para una economía global de amoníaco no necesita construirse desde cero, ya que puede aprovechar la tecnología y la infraestructura de GNL bien desarrolladas.

Sin embargo, para que una economía del amoníaco sea viable a nivel mundial, se debe formular una hoja de ruta para identificar metas y prioridades estratégicas, definir hitos y plazos realistas para desarrollos futuros, y evaluar las consecuencias tecnoeconómicas que definen los costos de la transición de la energía fósil a la del amoníaco. .

Un plan propuesto recientemente publicado por científicos en la revista julios detalla un cronograma para el uso de amoníaco como combustible sostenible. La producción actual de amoníaco está impulsada por el proceso Haber-Bosch, que consume mucha energía y carbono. Para avanzar, el proceso Haber-Bosch puede equiparse con un sistema de captura y almacenamiento de carbono para mitigar sus emisiones de carbono.

Roadmap to an ammonia economy
Visión de la “economía del amoníaco” donde la energía se basa en el amoníaco. Siminov et al., Joule (2020). DOI: 10.1016/j.joule.2020.04.004. Reimpreso con permiso.

Se esperan mejoras adicionales alrededor de 2030, cuando se propone que el hidrógeno de extracción electrolítica reemplace la síntesis actual de hidrógeno reformado con vapor de metano. Sin embargo, la mayor mejora es alejarse por completo de la reacción de Haber-Bosch energéticamente ineficiente y reemplazarla con una reacción electroquímica de energía totalmente renovable que utiliza nitrógeno y agua.

Con optimismo, esta economía de energía de amoníaco podría lograrse a mediados de siglo, donde es probable que el primero en adoptar el combustible de amoníaco sea el transporte marítimo, seguido del transporte terrestre y más tarde el transporte aéreo.

Aún quedan obstáculos

A pesar de este entusiasmo por el amoníaco como portador de energía, el problema de su toxicidad, oxidación parcial a óxido nitroso nocivo y peligro potencial para la salud y la seguridad humana y animal sigue siendo un tema de actualidad.

Algunos argumentan que el olor abrumador del amoníaco, detectable en unas pocas partes por millón, significa que el químico es lo suficientemente seguro ya que cualquier fuga durante su fabricación y uso puede identificarse fácilmente. Sin embargo, sigue siendo que los grandes excesos, donde la concentración de amoníaco supera rápidamente las 5000 ppm, conducen a una rápida apnea, y las concentraciones superiores a 300 ppm se consideran inmediatamente perjudiciales para la vida y la salud.

Del mismo modo, las emisiones nocivas de óxido de nitrógeno pueden resultar de la oxidación incompleta del amoníaco en motores que funcionan mal. Sin embargo, su formación puede ser mitigada por etapas de post-combustión aire-combustible, recirculación y humidificación de gases de combustión y/o dispositivos de reducción selectiva. Una solución alternativa es suplantar el amoníaco como vehículo para el combustible de hidrógeno y extraer energía utilizando un craqueador catalítico de amoníaco a bordo en lugar de quemarlo directamente.

Con todas estas posibilidades, ¿quién sabe cómo será el futuro de la energía del amoníaco?

Escrita por Geoff Ozin y Jessica Ye

Crédito de la imagen de la característica: Shutterstock

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