La carrera de fondo del amoniaco verde como combustible de futuro

Si esta tecnología vence sus desafíos, en esta década podremos ver los primeros camiones, tractores y barcos propulsados a partir de amoniaco. Ya hay empresas, universidades y diversas instituciones de investigación trabajando en ello. E incluso se han conseguido los primeros prototipos.

Aunque se trata todavía de soluciones muy incipientes, el amoniaco está despertando un gran interés porque podría ser un combustible verdaderamente sostenible: su composición no contiene carbono, por tanto durante su combustión en motores no genera CO2, un gas de efecto invernadero. Además posee otras grandes virtudes. Literalmente se puede producir a partir de dos recursos abundantes en el planeta: de la atmósfera se obtiene el nitrógeno (N) y del agua el hidrógeno (H). Se licúa con facilidad a bajas presiones y a -33ºC (el hidrógeno, la otra gran apuesta, lo hace a -253ºC). Así, en estado líquido, el amoniaco es relativamente sencillo de almacenar y transportar. Por su extendido uso como fertilizante las empresas cuentan con una dilatada experiencia a la hora de trabajar con este compuesto y además existe toda una infraestructura ya disponible para usarlo.

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Sin embargo, el amoniaco tiene una tortuosa travesía por delante para que se normalice su utilización como combustible en buques y camiones. «Antes hay que superar varios desafíos», sostiene un informe de la sociedad de clasificación DNV. Lo primero es garantizar que exista disponibilidad del producto. Hoy día cerca del 80% de la producción mundial de amoniaco se utiliza como fertilizante. Por tanto, habrá que seguir satisfaciendo esta demanda agrícola, pero además se prevé que será necesario duplicar, e incluso triplicar, la producción de NH3 para alimentar de combustible a la flota mundial y al transporte pesado.

En su fabricación se plantea otro gran reto. Por ahora, el amoniaco se obtiene a partir de combustibles fósiles. La idea es generar amoniaco verde a partir de fuentes renovables para que sea realmente sostenible y libre de carbono. La energía renovable generará la electricidad necesaria para obtener hidrógeno a través de la electrolisis del agua y nitrógeno de la atmósfera.

Todo apunta a que esa es la gran apuesta y que el nuevo amoniaco verde tiene un futuro muy prometedor, ya que la carrera por producirlo a escala industrial se ha desatado en todo el mundo. Incluso el gran gigante químico Yara va a construir en Noruega una planta de producción de amoniaco sostenible con una capacidad de 500.000 toneladas por año.

En España también las empresas están tomando posiciones. La planta de Fertiberia en Puertollano (Ciudad Real) aspira a fabricar más de un millón de toneladas de NH3 verde y esta compañía tiene en proyecto construir una fábrica en Palos de la Frontera (Huelva) con el mismo fin. El Grupo Ignis también planea otra planta en el puerto de Sevilla. Y luego está el megaproyecto Catalina, donde un consorcio de empresas (Copenhagen Infraestructure Partners, Enagás, Naturgy, Ferbieria y Vestas) pretende producir hidrógeno verde en la localidad turolense de Andorra y transportarlo por un hidroducto hasta una fábrica de amoniaco verde de nueva construcción en Sagunto.

Aún consiguiendo que en un futuro cercano se produjera todo el amoniaco verde necesario para el mundo, este compuesto, como combustible, tiene que superar otros desafíos. Su toxicidad es su principal inconveniente como apunta Rafael Gutiérrez, responsable de la Comisión de Transición Energética de la Asociación de Ingenieros Navales y Oceánicos de España (AINE). «Se utiliza —explica— para fabricar fertilizantes y como gas refrigerante en algunos barcos. Esto lo maneja personal altamente cualificado y experimentado. Si extendemos su uso a barcos y camiones habrá muchas más personas que trabajen con amoniaco y la probabilidad de que haya problemas será mayor. No obstante, la desventaja de ser tóxico está mitigada por su olor característico y esto hace que una fuga se pueda detectar desde muy lejos».

De ahí, la imperiosa necesidad de elaborar una reglamentación y unos procedimientos rigurosos de seguridad para incorporar el amoniaco verde a los buques al igual que existe en las fábricas de fertilizantes. «El mayor problema es la regulación porque la toxicidad no solo puede producirse en la operación y en el funcionamiento de un motor de amoniaco, sino en el almacenaje del combustible dentro del buque, en el repostaje y en los procesos de mantenimiento. Se necesitarán detectores, equipos especiales de protección...», indica Jesús Puelles, General Manager Iberia&Africa Marine Power Sales de Wärtsilä, un fabricante finlandés de motores marinos. No obstante, «la Organización Marítima Internacional (OMI) ya está trabajando en una nueva regulación sobre su uso seguro por los buques», asegura Elena Seco, directora general de la Asociación de Navieros Españoles, Anave.

El amoniaco también presenta otros problemas tecnológicos menores «que se pueden resolver con cierta facilidad y relativa seguridad —considera Gutiérrez—. Es corrosivo. No se lleva bien con el cobre, ni con bronces, ni con otros materiales que se utilizan en las juntas de tuberías... Habrá que rediseñar los sistemas para no utilizar estos materiales», sugiere Rafael Gutiérrez.

Además el amoniaco tiene una densidad energética menor que otros combustibles por lo que es necesario transportar más cantidad de NH3 para mantener la autonomía de una embarcación. Y esto es una ecuación difícil de resolver en los barcos donde hay que ser extremadamente escrupulosos a la hora de equilibrar espacio, peso y volumen. «Requerirá tanques de almacenamiento más grandes y su disposición en el buque será un factor crítico para el proyecto. Los cambios en la disposición general del buque dependerán de la localización y tipo de tanque o sistema de contención utilizado. El espacio adicional para este combustible puede requerir de buques de mayor porte, menor capacidad de carga o mayor frecuencia de suministro de combustible», explica Elena Seco.

Para salvar su bajo poder calorífico se baraja como solución «mezclarlo con otros combustibles obtenidos en procesos sostenibles (como el biogás, gas de síntesis o alcoholes). Esto permite diversificar el combustible y paliar la desventaja de la menor densidad energética del amoniaco», aclara María Uxue Alzueta, catedrática de Tecnologías del Medio Ambiente e investigadora del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A, de la Universidad de Zaragoza).

Otra cuestión es que el amoniaco también combustiona a temperaturas más elevadas, a 630ºC, frente a los 210ºC del gasóleo y «es un combustible torpe porque quema despacio», dice Rafael Gutiérrez. Por eso, el experto considera que el transporte marítimo, y especialmente los grandes buques de carga, será su aplicación principal. «El motor de un barco gira a 80-100 revoluciones, el de un camión entre 2.000 y 3.000. Al ir más deprisa, al amoniaco no le da tiempo a quemarse. Sin embargo, sí le da tiempo en los motores de los barcos que van más despacio».

En el punto de mira también está el control de las emisiones que pueden generarse durante la combustión del amoniaco. Si bien no contiene carbono en su composición, sí tiene gran cantidad de nitrógeno que al quemarse, bajo determinadas condiciones de temperatura y presión, puede producir óxidos de nitrógeno. La preocupación está en el óxido nitroso (N20, el gas de la risa), ya que se trata de un gas de efecto invernadero casi 300 veces más impactante que el CO2. «Son gases que se pueden generar bajo determinadas condiciones. Pero si quemamos bien el amoniaco no se generan óxidos de nitrógeno, sino agua y nitrógeno. Existen también técnicas para reducir o minimizar esos gases», cuenta la investigadora Alzueta.

Y en esta línea es en la que trabaja el Grupo de Procesos Termoquímicos del I3A. «Pensamos que debería ser posible quemar amoniaco en unas condiciones y con una configuración de la cámara de combustión adecuada, de manera que los óxidos de nitrógeno puedan ser reducidos por el propio amoniaco», explica Alzueta. Este equipo también investiga el uso de pequeñas cantidades de aditivos para bajar la temperatura de ignición del amoniaco a la del gasóleo.

A pesar de todos estos desafíos, de que todavía no esté disponible para su comercialización el amoniaco verde y falte una regulación, se mira a este compuesto químico como uno de los candidatos para descarbonizar el transporte marítimo. «No tiene más desventajas que otros combustibles, no son dificultades terribles», asegura Alzueta. De hecho, ya se están produciendo los primeros avances.

Para utilizar este compuesto químico como combustible se juega a dos bandas. Por un lado, el amoniaco se almacena y transporta en tanques en el barco. E in situ se descompone en un craqueador la molécula NH3 en nitrógeno e hidrógeno. Este último llegaría a una pila de combustible que generará la electricidad para impulsar el buque. «Se considera una posibilidad prometedora, tanto para propulsión en rutas cortas como para los sistemas auxiliares de los buques más grandes. Sin embargo, las pilas de combustibles deben todavía evolucionar mucho para alcanzar la potencia necesaria para propulsar un buque de porte medio y sería necesario llevar a bordo mucho hidrógeno para alcanzar la autonomía requerida por el comercio marítimo internacional. La opinión generalizada es que, a corto y medio plazo, solo serán viables para servicios de corta distancia», detalla Elena Seco.

La empresa americana Amogy ya ha probado esta tecnología en un dron, en un tractor y el pasado mes de enero en un semirremolque de 300 kW. Y pretende poner en el agua el primer buque propulsado por amoniaco a finales de este año.

La otra opción es usar el amoniaco verde para impulsar motores de combustión. Y es aquí donde más se está avanzando. «Los motores para usar amoniaco parece que serán muy parecidos a los actuales, en peso y empacho (el espacio que ocupan a bordo) y, en algunos casos, será posible reconvertir motores de buques existentes, probablemente los más modernos», estima Elena Seco.

Es lo que está haciendo la finlandesa Wärtsilä. En su laboratorio de Vaasa está probando un motor de nueva construcción (W25) que pretende poner a la venta a finales de este año. «Uno de los factores del amoniaco es su inflamabilidad, que es bastante lenta. Por eso, necesita mezclarse con otro combustible. En este caso diesel. El amoniaco en sí no tiene carbono, pero la mezcla sí. En las pruebas que estamos realizando intentamos minimizar la parte de carbono manteniendo el poder energético y optimizando las emisiones y el consumo», detalla Jesús Puelles.

La compañía también trabaja en adaptar motores ya operativos en los barcos. Los primeros motores para reconvertir serán el W31, W32 y W 34. «Nuestra forma de gestionar los nuevos motores es que sean capaces de utilizar diversos combustibles. De tal forma que el 95% de las piezas sean siempre las mismas y solo se cambie el 5% restante dependiendo del tipo de combustible que se utilice», señala Puelles.

La empresa alemana Man Energy Solution también pretende tener disponible comercialmente un motor de amoniaco de dos tiempos para buques portacontenedores en 2024 y al año siguiente poder realizar una actualización para que barcos existentes puedan funcionar con amoniaco.

Así, y aún contra viento y marea, el amoniaco navega en el mar de los futuros combustibles que llevarán a la descarbonización del transporte marítimo.