El amoníaco juega un papel importante en la producción de fertilizantes. Sin embargo, en el futuro, el gas podría desempeñar un papel clave en la transición energética como portador eficiente de hidrógeno y reemplazo ecológico de los combustibles fósiles, según el Instituto Fraunhofer de Microtécnica y Microsistemas IMM, ya que puede producirse sin CO2 a partir de nitrógeno e hidrógeno. Además, ofrece muchas ventajas para el transporte y almacenamiento.
“El amoníaco tiene un gran potencial para una transformación sostenible de nuestro sistema energético”, explica el Dr. Gunther Kolb, director del área de energía y subdirector del Instituto Fraunhofer IMM en Mainz.
¿Cómo lograr un transporte con menos pérdidas?
Según él, el desafío de la transición energética no solo reside en la producción suficiente de energía sin emisiones, sino en el transporte con menos pérdidas a lugares de menor energía, ya que la energía verde puede generarse en grandes cantidades especialmente en lugares con mucho viento o sol, como Chile o Australia.
El uso de amoníaco podría, por lo tanto, traer algunas ventajas. Según el IMM, el hidrógeno verde H2, como opción de almacenamiento de energía verde, puede convertirse en amoníaco NH3 en combinación con nitrógeno N2 en una proporción de 3:1 y transportarse y almacenarse en esta forma con muchas menos pérdidas.
El amoníaco permanece líquido a presión atmosférica y ya a una presión de solo 7,5 bar o enfriado a aproximadamente -33 grados Celsius. En cambio, el hidrógeno puro debe ser llevado a un vacío y enfriado a -253 grados Celsius para ser licuado, lo que requiere un alto consumo de
energía.
Además, el amoníaco tiene una mayor densidad de energía volumétrica que el hidrógeno líquido, es decir, puede transportar más energía por unidad de volumen.
“Para producir amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno se necesita solo un cinco por ciento más de energía que para producir hidrógeno a partir de energía verde”, explica Kolb y añade: “Y tanto la producción como la separación del amoníaco están completamente libres de CO2.”
Señala que el amoníaco es tóxico e inflamable, y por lo tanto se considera un material peligroso con las correspondientes medidas de seguridad. Sin embargo, ya se transportan de manera segura 25 millones de toneladas al año por barco y ferrocarril, principalmente para la producción de fertilizantes.
Para su uso en la industria química o como portador de energía, el amoníaco, según el IMM, debe ser descompuesto nuevamente en sus componentes de nitrógeno e hidrógeno en el destino, como "crackeado", con la menor pérdida de energía posible.
El gas se lleva a un reactor a unos 600 grados Celsius a un catalizador inorgánico a base de níquel con una alta superficie interna.
“Actualmente, en lugares con abundancia de energía verde como Australia o Chile se están construyendo las primeras grandes plantas de electrólisis para producir amoníaco. En la parte europea, por ejemplo, se está construyendo simultáneamente una de las primeras grandes plantas de cracking en Rotterdam”, dice Kolb.
Red principal de hidrógeno en desarrollo
Se prevé distribuir el hidrógeno recuperado a través de tuberías a los lugares de aplicación. Sin embargo, los compradores interesados, especialmente las pequeñas empresas, a menudo no
tienen acceso a tuberías de hidrógeno. En Alemania, la infraestructura de hidrógeno está actualmente en desarrollo.
Para 2032 se prevé la creación de una red troncal de hidrógeno con una longitud total de alrededor de 9.000 kilómetros, principalmente mediante la conversión de tuberías de gas natural. Sin embargo, según el IMM, incluso después, grandes áreas no estarán conectadas al suministro de hidrógeno.
Suministro local a través de tecnología descentralizada de cracking
El Instituto Fraunhofer de Microtécnica y Microsistemas IMM, por esta razón, está involucrado en varios proyectos de investigación sobre una tecnología de cracking de amoníaco que ahorra espacio, es eficiente y, sobre todo, descentralizada.
Según Kolb, la tecnología descentralizada de cracking debería cerrar esta brecha de suministro para cantidades requeridas de entre 100 kilogramos y 10 toneladas de hidrógeno por día de manera eficiente y sin emisiones.
“En el proyecto Ammonpaktor, financiado por el estado de Renania-Palatinado, ya hemos desarrollado junto con el Instituto Fraunhofer de Matemática Tecno y Económica ITWM un cracker de amoníaco compacto que, gracias a nuestra tecnología innovadora de intercambiador de calor de placas y una combustión de gases de escape integrada para la absorción de cambio de presión en el proceso de reconversión, alcanza una eficiencia del 90 por ciento, en comparación con el 70 por ciento de las tecnologías convencionales”, explica Kolb.
No se requiere combustible o electricidad adicional para el cracking: la energía para calentar el reactor se genera directamente en el reactor de separación mediante los flujos de gases de escape. Según los investigadores, el reactor Ammonpaktor es además aproximadamente un 90 por
ciento más pequeño que los reactores convencionales, lo que es ventajoso para aplicaciones móviles y espacios restrictivos.
Otro beneficio: mediante el uso de gases de escape, la tecnología también debería tener una huella de carbono menor que los conceptos de reactores con calefacción eléctrica.
El intercambiador de calor de placas innovador y revestido con catalizador del Fraunhofer IMM también hace una diferencia.
“En lugar de ser calentado energéticamente desde el exterior a unos 900 grados Celsius en un sistema de tubos, el calor necesario para el cracking se genera directamente donde se necesita en nuestra tecnología. Esto mejora significativamente la transferencia de calor de nuestra planta, lo que supone un ahorro de energía enorme.”
Ya existe un prototipo listo en la sede del Fraunhofer IMM en Mainz que debería permitir una producción de hidrógeno de aproximadamente 75 kilos por día, lo que corresponde aproximadamente al rendimiento diario de una celda de combustible de 50 kW.
“Con esta cantidad se podría, por ejemplo, abastecer ya una pequeña estación de servicio de hidrógeno”, dice Kolb.
Proyectos de investigación
¿Y cuál es el próximo objetivo de desarrollo? La escalabilidad a una producción diaria de hasta diez toneladas, en el marco del proyecto marítimo de la UE de cinco años Gamma y el proyecto insignia del Fraunhofer, AmmonVektor.
Este último trata toda la cadena de valor del amoníaco verde para hacer el hidrógeno disponible de manera descentralizada y lo más económico posible. El proyecto de tres años comenzó a principios de 2024 y está bajo la dirección del Instituto Fraunhofer de Tecnología Ambiental, Seguridad y Energía
