Cómo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para la producción de amoníaco
El amoníaco es uno de los productos químicos más producidos en el mundo, y se utiliza principalmente como fertilizante, pero también para la producción de algunos plásticos, textiles y otras aplicaciones. Su producción, mediante procesos que requieren altas temperaturas y presiones, representa hasta el 20 % de todos los gases de efecto invernadero de la industria química, por lo que se han realizado esfuerzos a nivel mundial para encontrar maneras de reducir dichas emisiones.
Ahora, los investigadores del MIT han ideado una forma inteligente de combinar dos métodos diferentes de producción del compuesto que minimiza los productos de desecho, que, al combinarse con otras mejoras simples, podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la producción hasta en un 63 por ciento, en comparación con el principal enfoque de «bajas emisiones» que se utiliza hoy en día.
Foto- Saoirse2013- Shutterstock David L. Chandler
El nuevo enfoque se describe en la revista Energy & Fuels , en un artículo por el Director de la Iniciativa Energética del MIT (MITEI), William H. Green, el estudiante de posgrado Sayandeep Biswas, el Director de Investigación del MITEI, Randall Field, y otros dos.
“El amoníaco es el que más emisiones de dióxido de carbono emite de cualquier sustancia química”, afirma Green, profesor de Ingeniería Química de la cátedra Hoyt C. Hottel. “Es una sustancia química muy importante”, añade, ya que su uso como fertilizante es crucial para alimentar a la población mundial.
Hasta finales del siglo XIX, la fuente más utilizada de fertilizante nitrogenado eran los yacimientos mineros de guano de murciélago o ave, principalmente de Chile. Sin embargo, esta fuente comenzaba a agotarse y se predijo que el mundo pronto se quedaría sin alimentos para sustentar a la población. Sin embargo, un nuevo proceso químico, llamado proceso Haber-Bosch en honor a sus inventores, permitió producir amoníaco a partir del nitrógeno del aire y del hidrógeno, derivado principalmente del metano. Sin embargo, tanto la quema de combustibles fósiles para proporcionar el calor necesario como el uso de metano para producir hidrógeno generaron emisiones masivas que contribuyen al calentamiento global.
Para abordar este problema, se han desarrollado dos variantes más nuevas de producción de amoníaco: el llamado “amoníaco azul”, en el que los gases de efecto invernadero se capturan en la fábrica y luego se secuestran en las profundidades del subsuelo, y el “amoníaco verde”, producido mediante una vía química diferente, que utiliza electricidad en lugar de combustibles fósiles para hidrolizar el agua y producir hidrógeno.
El amoníaco azul ya se está empezando a utilizar, con algunas plantas en funcionamiento en Luisiana, afirma Green, y la mayor parte del amoníaco se envía a Japón, «por lo que ya es prácticamente comercial». Otras partes del mundo están empezando a utilizar amoníaco verde, especialmente en lugares con abundante energía hidroeléctrica, solar o eólica para generar electricidad económica, incluyendo una gigantesca planta que se está construyendo en Arabia Saudita.
Pero en la mayoría de los lugares, tanto el amoníaco azul como el verde siguen siendo más caros que la versión tradicional basada en combustibles fósiles, por lo que muchos equipos de todo el mundo han estado trabajando en formas de reducir estos costos tanto como sea posible para que la diferencia sea lo suficientemente pequeña como para compensarse mediante subsidios fiscales u otros incentivos.
El problema se agrava, ya que a medida que crece la población y aumenta la riqueza, aumentará la demanda de fertilizantes nitrogenados. Al mismo tiempo, el amoníaco es un combustible sustituto prometedor para impulsar el transporte difícil de descarbonizar, como los buques de carga y los camiones pesados, lo que podría generar una mayor demanda de este producto químico.
«Definitivamente funciona» como combustible para el transporte, al alimentar celdas de combustible cuyo uso se ha demostrado en todo tipo de vehículos, desde drones hasta barcazas, remolcadores y camiones, afirma Green. «Se cree que el mercado más probable para este tipo de combustible sería el transporte marítimo», añade, «porque la desventaja del amoníaco es su toxicidad y su olor, lo que lo hace ligeramente peligroso de manipular y transportar». Por lo tanto, sus mejores usos podrían ser donde se utiliza en grandes volúmenes y en lugares relativamente remotos, como alta mar. De hecho, la Organización Marítima Internacional pronto votará sobre nuevas normas que podrían impulsar considerablemente la alternativa al amoníaco para el transporte marítimo.
La clave del nuevo sistema propuesto reside en combinar los dos enfoques existentes en una sola instalación, con una fábrica de amoníaco azul junto a una de amoníaco verde. El proceso de generación de hidrógeno para la planta de amoníaco verde deja mucho oxígeno sobrante que simplemente se libera al aire. El amoníaco azul, en cambio, utiliza un proceso llamado reformado autotérmico que requiere una fuente de oxígeno puro, por lo que, si hay una planta de amoníaco verde junto a ella, puede utilizar ese exceso de oxígeno.
“Colocarlas una junto a la otra resulta tener un valor económico significativo”, afirma Green. Esta sinergia podría ayudar a que las plantas híbridas de “amoníaco azul-verde” sirvan como un puente importante hacia un futuro donde el amoníaco verde, la versión más limpia, finalmente pueda dominar. Pero ese futuro probablemente esté a décadas de distancia, afirma Green, por lo que la combinación de plantas podría ser un paso importante en el camino.
“Podría pasar mucho tiempo antes de que [el amoníaco verde] sea realmente atractivo” económicamente, afirma. “Actualmente, está muy lejos, salvo en situaciones muy especiales”. Pero las plantas combinadas “podrían ser un concepto muy atractivo, y quizás una buena manera de impulsar la industria”, ya que hasta ahora solo se están construyendo pequeñas plantas de demostración independientes del proceso verde.
“Si el amoníaco verde o azul se va a convertir en la nueva forma de producir amoníaco, es necesario encontrar maneras de hacerlo relativamente asequible en muchos países, con los recursos disponibles”, afirma. Esta nueva combinación propuesta, añade, “parece una muy buena idea que puede impulsar el proceso. En definitiva, tiene que haber muchas plantas de amoníaco verde en muchos lugares”, y empezar con las plantas combinadas, que podrían ser más asequibles ahora, podría contribuir a que esto suceda. El equipo ha solicitado una patente para el proceso.
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