El amoniaco, ¿un futuro vector energético sostenible?

Por su capacidad para transportar y almacenar hidrógeno, el amoniaco es una opción atractiva de cara a la descarbonización de distintos sectores en la transición energética, aunque resulta imprescindible realizar una comparativa tecnoeconómica de las distintas vías de producción. Unos científicos la han hecho ahora.

El trabajo lo han realizado investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en España.

En el marco de la transición energética, con el fin de descarbonizar sectores de la economía como el industrial, energético o del transporte, el amoniaco se ha perfilado como un vector energético idóneo, al tratarse de un portador de hidrógeno que puede transportarse y almacenarse con facilidad. Constituye el bloque químico fundamental de la industria de los fertilizantes y es necesario para producir ácido nítrico, además de poder emplearse potencialmente en numerosas aplicaciones energéticas como combustible. No obstante, en la producción del amoniaco es posible emplear bien combustibles fósiles o bien energías renovables, por lo que el uso de una vía u otra, aparte de la consecuente repercusión en la eficiencia e impacto ambiental, tiene un coste asociado que conviene analizar.

Con el objetivo de determinar la competitividad económica de los distintos modos de producción de amoniaco proyectados al año 2050, investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han llevado a cabo un estudio realizando la modelización, simulación y evaluación tecno-económica de plantas de producción de amoniaco de gran escala (3.000 ton/día) a partir de diferentes vías. A través de los resultados obtenidos, la investigación demuestra que la alternativa de producción renovable tiene todavía retos que superar para resultar competitiva frente al uso de los combustibles fósiles.

Se necesita que la energía que emplea la humanidad se genere a partir de fuentes limpias en vez de provenir de fuentes sucias. (Foto: Amazings / NCYT)

Para llevar a cabo la simulación y evaluación tecnoeconómica, este estudio en el que participan investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM y del organismo de investigación noruego SINTEF se basa en la producción de amoniaco a gran escala empleando como fuentes de energía primaria el gas natural, combustibles sólidos (carbón y biomasa) y energías renovables (solar y eólica). Para ello, se han evaluado procesos con tecnologías de referencia y diseños avanzados.

Los procesos que emplean tecnologías de referencia que emplean gas natural presentan un coste nivelado similar, mientras que el proceso avanzado con tecnología de conmutación de lazo químico (en inglés, GSR o “gas switching reforming”) logra reducir el coste en un 14%.

Sin embargo, la vía de producción con energía renovable (solar y eólica) mediante electrolizadores tipo PEM localizada en el sur de España resulta aproximadamente un 50% más cara que a partir de gas natural con captura de CO2 mediante tecnologías convencionales. Por otra parte, la síntesis de NH3 a través de la cogasificación de carbón y biomasa implementando tecnologías de captura de CO2 permite alcanzar emisiones negativas.

Por otra parte, procesos de gasificación avanzada, tratamiento de syngas y reactores de membrana para llevar a cabo la conversión del monóxido de carbono en hidrógeno permiten alcanzar una reducción de coste del 15% con respecto al proceso de gasificación GE.

De este análisis se deduce que las plantas de producción de amoniaco a partir de combustibles sólidos, a pesar de presentar un coste capital más elevado, proporcionan seguridad energética debido a que emplean combustibles locales y de bajo coste (carbón y biomasa), lo que compensa un coste nivelado relativamente superior con respecto a procesos que utilizan gas natural como energía primaria debido a la incertidumbre de suministro y la elevada volatilidad del precio del mismo.

Tres son los estudios en esta línea de investigación publicados recientemente:

El titulado “The future of fuels: Uncertainty quantification study of mid-century ammonia and methanol production costs" se ha publicado en la revista académica Energy Conversion and Management.

El titulado “Ammonia from solid fuels: A cost-effective route to energy security with negative CO2 emissions” se ha publicado en la revista académica Energy.

El titulado “Techno-economic assessment of blue and green ammonia as energy carriers in a low-carbon future” se publicó en la revista académica Energy Conversion and Management (Fuente: UPM)