El Amoníaco Renovable, su papel en el futuro

A principios del siglo XX, la disminución de la mortalidad con índices de natalidad elevados condujo a un crecimiento demográfico sin precedentes y a un problema de escasez de alimentos y hambrunas en muchos países, resultaba imposible alimentar a toda la Tierra contando únicamente con los fertilizantes naturales. Los químicos Fritz Haber y Carl Bosch en 1907 desarrollaron un proceso para hacer reaccionar el hidrógeno y el nitrógeno atmosférico bajo presión para fabricar amoníaco, dando lugar al nacimiento de la moderna industria de los fertilizantes sintéticos obtenidos a partir de amoniaco.

Hoy, lo que se conoce como el proceso Haber-Bosch permite la producción de casi todo el amoníaco del mundo.

Los fertilizantes a base de nitrógeno requieren el 70% de producción de amoníaco. El resto de la producción actual de amoníaco se utiliza como materia prima química (30%) en docenas de aplicaciones, plásticos, productos de limpieza, textiles, etc…

El uso de amoniaco como precursor de fertilizantes seguirán siendo esencial para garantizar la creciente población mundial, lo que requerirá en 2050 24 Mt adicionales de amoniaco para los usos químicos y 44 Mt para fertilizantes. 

Los colores del amoniaco

El amoniaco tiene colores, como el hidrógeno. Actualmente el amoníaco se produce principalmente mediante el reformado de gas natural con vapor de agua, se conoce como amoniaco gris, su producción no sostenible hace que esta industria suponga más del 1% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero.

El amoniaco verde es producido a partir de la conversión de hidrógeno renovable es considerado limpio y tiene, como ventaja el necesitar de condiciones menos costosas para su transporte y almacenamiento (11,72 bar de presión o – 33 ˚C) que el hidrógeno (700 bar o -235 ºC)

El amoniaco azul, genera también CO₂ en su proceso, pero éste es capturado y almacenado, por lo que puede considerarse limpio.

Amoniaco verde

La clave para posibilitar el amoniaco verde es producir hidrógeno con cero emisiones, lo que se puede hacer a través de la electrólisis del agua o a partir de materias primas de origen biológico. 

La producción de amoniaco libre de emisiones permitirá:

• Usos actuales. Aumentar la producción agraria reduciendo las emisiones GEI
• Carrier de hidrógeno. Almacenar y transportar energía renovable contando con la experiencia e infraestructura existentes a nivel mundial
• Combustible. Uso en el transporte pesado, en la industria y en generación eléctrica

Amoniaco azul

El amoníaco azul podría ofrecer una alternativa de transición limpia desde las fuentes fósiles, ya que está más cerca que el verde del compromiso entre sostenibilidad económica y medioambiental, necesario para una eficaz descarbonización y lucha contra el cambio climático.

Los actuales países productores de petróleo y gas han visto en el amoniaco una nueva era para los combustibles líquidos, y empiezan a competir por dominar el incipiente mercado de los "combustibles líquidos renovables". Un mercado prometedor y creciente, en la medida que el mundo se tiene alejar de la utilización de petróleo y gas fósil.

En estos primeros momentos, en los que se tendrá que establecer el marco de desarrollo y las reglas del juego, es importante la adecuada transparencia y trazabilidad para evitar las sospechas de que el amoniaco azul podría no ser tan limpio. Por ejemplo, Arabia Saudita utiliza el CO₂ capturado en el proceso de formación del amoniaco para aumentar la presión en el pozo y ayudar a la extracción de petróleo.

Arabia Saudí y sus vecinos han decidido adelantarse en el sector del hidrógeno y el amoníaco azul. Conscientes de que no podrán indefinidamente exportando combustibles fósiles, están empezando a diversificar sus productos invirtiendo elevados recursos financieros en este sector. Arabia Saudita ya exporta amoniaco azul a varios países de Asia. Ha firmado un acuerdo con Alemania para desarrollar soluciones en torno al hidrógeno y al amoniaco que incluyen la creación de un terminal de amoniaco en el puerto de Hamburgo. La mayor productora de petróleo del mundo, la empresa saudí Aramco, ha anunciado su estrategia para llegar a producir más de 10 millones de toneladas de amoníaco azul al año en 2030. En una creciente entrevista el ministro emiratí de Energía, Suhail al Mazrouei, aseguró a la agencia WAM; "Seguimos centrados en nuestro objetivo de hacernos con el 25 % del mercado global de hidrógeno", en esa estrategia el carrier de hidrógeno más adecuado es el amoniaco, ya que permite apoyar su desarrollo en las infraestructuras existentes en los mercados actuales.

La oportunidad para Europa es no perder el tren de los combustibles renovables para evitar las históricas dependencias de determinadas áreas geográficas, algo que pasa por lograr una verdadera capilaridad territorial de la producción y el consumo. El amoniaco azul parece una solución de transición, una solución a medio plazo que puede ayudar a descarbonizar la producción y consumo actual de amoniaco gris, pero el verdadero reto es hacer que el coste de las renovables baje y el amoniaco verde sea viable económicamente y pueda extenderse su uso a la movilidad, al transporte, e incluso a la generación eléctrica.

El amoniaco renovable: un combustible neutro en carbono.

Un combustible neutro en carbono es un combustible que, debido a su composición o a la manera en que se ha obtenido, resulta en emisiones nulas de gases de efecto invernadero cuando se utiliza. Dicho de otra forma, que no tiene huella de carbono, bien porque sus materias primas han absorbido el CO2 que luego se emite al utilizarlo o bien por que el carbono no forma parte de su composición molecular y no emite ningún tipo de gas de efecto invernadero en su combustión.

Hay dos tipos de combustibles neutros en carbono: los que no llevan carbono como el hidrógeno o el amoníaco (NH3), y los que sí lo llevan, como el biometano (CH4), el bioetanol (C2H6O) o el metanol (CH4O). Los del segundo tipo son neutros en carbono porque al producirlos, el carbono que llevan proviene de capturar el CO2 del aire (en un proceso biológico de crecimiento) o el  CO2 de los gases de combustión o fermentación en un proceso industrial

Los electrocombustibles son combustibles sintéticos que serán neutros en carbono si se fabrican almacenando la energía eléctrica de fuentes sostenibles o renovables en los enlaces químicos de sus moléculas.

El amoníaco renovable se podría catalogar como un combustible sintético que no tiene carbono en su molécula, puede ser producido a partir de hidrógeno de origen biogénico o procedente de la electrólisis del agua. En este último caso estaríamos hablado además de un electrocombustible, este a su vez podrá o no ser neutro en carbono, lo será si se produce a partir de energía eléctrica de origen renovable o nuclear, sin emisión de gases de efecto invernadero.

¿El futuro combustible marítimo sin carbono?

Las dificultades para el almacenamiento, transporte y utilización segura y rentable del hidrógeno han puesto en el debate dos moléculas que pueden ser obtenidas de forma sencilla a partir del hidrógeno, sobradamente conocidas por la industria: el amoniaco (NH3) y el Metanol (CH4O)

Los motores actuales pueden con sencillas modificaciones utilizar alcoholes (metanol) en lugar de hidrocarburos fósiles. Esta aparente inmediatez tecnológica, en un sector marítimo necesitado de medidas alineadas con la descarbonización, ha dado lugar a llamativos titulares en torno al metanol como combustible marítimo.  

Sin embargo, en un análisis más profundo el amoniaco se postula como la molécula líquida sin carbono que mejor puede descarbonizar el transporte marítimo:

• El amoniaco es un compuesto para el que ya existe un comercio internacional bien desarrollado, con lo que se cuenta con la experiencia e infraestructura para su manejo a costes adecuados y con gran seguridad. Existen alrededor de 120 puertos en todo el mundo con instalaciones diseñadas para almacenar amoniaco, las navieras conocen el producto y lo transportan desde hace décadas. Su uso como combustible marítimo tiene la puerta abierta.
• En comparación con el hidrógeno el amoniaco cuenta con una densidad energética mayor, su rango de explosividad es más estrecho y las fugas son más fáciles de detectar.
• En su producción a partir de hidrógeno renovable no es necesario disponer de una fuente continua de CO2, como sería el caso del metanol.
• Su combustión no emite CO2.
• El amoniaco es la segunda molécula más demandada por la industria, su necesaria transición a una producción limpia facilitará que en el 2050 un 30% de las embarcaciones puedan utilizar esta fuente de energía.
• Los tecnólogos necesitan para los motores de amoniaco un grado mayor de desarrollo e innovación que con el metanol, pero todavía está lo suficientemente próximo a los desarrollos actuales como para no poner en riesgo una comercialización rentable.

Fabricantes de motores como MAN y Wärtsilä están desarrollando motores marítimos de dos y cuatro tiempos alimentados con amoníaco y se espera que estos sean comercializados en 2025.  Dada la vida útil de un buque de unos treinta años, los buques de nueva construcción se están diseñando con depósitos de combustible pensados para amoníaco.

Es necesario descarbonizar a nivel mundial 300 millones de toneladas de gasóleo marino, esto implica que el mercado potencial de amoniaco como combustible marítimo podría alcanzar los 200 millones de toneladas por año  en 2050.

Ni para la utilización ni para la producción de amoniaco renovable como combustible marítimo se vislumbran por tanto barreras relevantes en el corto plazo. El gran problema es acercar el coste del amoniaco limpio al de los combustibles fósiles. Una barrera económica que está entorpeciendo la descarbonización rápida del planeta. Alcanzar economías de escala adecuadas permitirá atenuar esa barrera, pero seguirá siendo necesaria la apuesta decidida y coordinada por la descarbonización en todos países.

El papel del amoníaco en la generación eléctrica

En generación de electricidad el amoníaco renovable podrá sustituir al carbón y al gas natural, al igual que al gasóleo marino en el ámbito marítimo.

La utilización de amoníaco renovable en generación se puede utilizar para equilibrar una red eléctrica con alto porcentaje de energía solar fotovoltaica y eólica no gestionables, pero también para una generación suficiente de electricidad en regiones con escasez de suministro de energía eléctrica renovable.

El 90% de la electricidad basada en carbón y gas natural podrá en los próximos años ser reemplazada por una combinación de energía nuclear, hidroeléctrica, geotérmica, solar fotovoltaica, biogás, biomasas sólidas y eólica en combinación con almacenamiento de energía, pero se podrían llegar a necesitar en 2050 unos 600 millones de toneladas al año de amoníaco a nivel mundial para reemplazar el 100% de estos combustibles fósiles en las centrales térmicas.

El futuro del amoníaco limpio

Tanto el amoníaco verde como el azul tienen un papel que desempeñar. El panorama de la producción de amoníaco podría pasar de ser principalmente gas natural (80%, 147 Mt en 2020) y carbón (20%, 38 Mt en 2020) a múltiples rutas de producción para 2050 con emisiones netas cero.

En un entorno social crítico con el cambio climático que derivará en políticas de inversión ambiciosas, sin duda los usos del amoniaco limpio crecerán en los próximos años:

1. Los usos agrícolas del amoníaco seguirán siendo esenciales para atender a la creciente población mundial. La producción de fertilizantes y la demanda industrial de amoniaco seguirá creciendo constantemente en consonancia con el crecimiento demográfico y el desarrollo económico en terceros países
2. Adicionalmente, en un mundo descarbonizado, los usos del amoniaco como como combustible podría crecer en el transporte marítimo y la generación de energía.
3. La establecida logística del amoniaco a nivel mundial y su seguridad pueden posibilitar una ágil introducción como portador de hidrógeno, para el transporte de energía a grandes distancias.

No obstante, para alcanzar la completa descarbonización del sector en 2050 se requerirá:

• Medidas regulatorias sólidas y estables.
• Evaluar el papel del amoniaco renovable en las estrategias de hidrógeno.
• Analizar la cadena de emisiones por el cambio tecnológico y los costes económicos y medioambientales de la transición.
• Medidas de eficiencia, cambio de hábitos de consumo y utilización del transporte y la energía, mejora de las técnicas de cultivo y reducir la demanda de fertilizantes
• Apoyar el despliegue de tecnologías de amoniaco renovable existentes y la cooperación internacional
• Establecer una hoja de ruta para los combustibles sintéticos y avanzados.

Las tecnologías de amoníaco azul con altas tasas de captura, podría estar madura en los próximos años. Sin embargo, para alcanzar la paridad de coste con el amoníaco azul, el amoníaco verde necesitará más de una década. Será necesario el aumento previo de la generación renovable y la bajada de precios de la energía eléctrica, así como inversiones en grandes electrolizadores.

Si la tecnología está disponible y las necesidades son evidentes ahora es imprescindible y urgente favorecer globalmente los mecanismos que ayudan a las energías menos contaminantes y penalizan las fuentes fósiles.

Evolución estimada de los costes de producción de amoniaco renovable y bajo en carbono. Fuente: IRENA