IBERDROLA acaba de anunciar un acuerdo marco con la empresa Trammo para desarrollar y explotar un nuevo proyecto de amoniaco verde en el sur de Europa: la empresa española cuenta con la inestimable ayuda de los Fondos Europeos para acometer una inversión de unos 750 millones € en una planta de amoniaco verde (ligada a la construcción de 500MW de energías renovables) que se estima que produzca 100.000 toneladas anuales de este producto a partir de 2026; ese amoniaco producido será adquirido y gestionado por Trammo para “descarbonizar” (vocablo muy de moda aunque no figure en el diccionario de la R.A.E.) otras industrias pesadas europeas situadas fundamentalmente en Países Bajos, Alemania o Francia. El proyecto se engloba en el previsto “corredor europeo de hidrógeno verde”, un plan en el que el sur de Europa, al contar con un gran potencial de energía renovable competitiva, está llamado a contribuir a la descarbonización de la industria pesada de otros socios europeos.
El amoniaco lleva presente en nuestras vidas desde la época romana, pero no fue hasta el Siglo XVIII cuando se consiguió aislar y determinar su composición (NH3). Ya en el Siglo XX se desarrolla un proceso de síntesis que permite su uso como explosivo en la Primera Guerra Mundial, y a partir de 1930 se industrializa el proceso que convertirá al amoniaco en el principal actor en la fabricación de fertilizantes, lo que permitirá potenciar las cosechas y contribuir al desarrollo de la sociedad en todo el mundo. Hoy en día la fabricación de amoniaco ocupa el segundo lugar a nivel mundial entre los productos sintéticos, siendo el 70% de su producción destinada a los fertilizantes, y el 30% restante fundamentalmente a la industria química en el desarrollo de productos de desinfección y limpieza, explosivos y ácidos, fibras del sector textil, alimentación, productos cosméticos y farmacéuticos, plásticos, desarrollo de catalizadores para contrarrestar las emisiones de óxidos contaminantes, etc… La producción mundial de amoniaco ha pasado de 109 millones de toneladas en 2003 a 232 millones de toneladas en 2022, disparándose su consumo en Oriente Medio, África y Rusia a la vez que se estancaba en la Unión Europea, EE.UU. y Sudamérica.
En Europa el amoniaco verde lo hemos enfocado fundamentalmente a la “descarbonización” de instalaciones industriales existentes, si bien está previsto un enorme crecimiento del mercado de este producto en nuevos usos, como lo serán su papel como combustible marítimo o como medio de transporte y almacenamiento a gran escala del ansiado hidrógeno verde: buena prueba de que este plan no es una opción descabellada es el hecho de que doce de los quince mayores proyectos a gran escala de producción de hidrógeno verde a nivel mundial apuestan por el amoniaco como portador de hidrógeno.
Más allá de esto, parece que nuestros dirigentes europeos no prestan mucha atención a las recomendaciones de la ETN Global (European Turbine Network), quienes ya en 2018 mostraron interés por el amoniaco como combustible e instaban a poner en marcha “proyectos de I+D, estudios de viabilidad, directrices de mejores prácticas, desarrollo de normas y documentos informativos técnicos”.
En el resto del mundo son más ambiciosos que nosotros aquí en Europa y no sólo contemplan el amoniaco como un agente esencial para transportar y almacenar al “chico de moda” de la transición energética (nuestro querido Hidrógeno) o como futuro combustible para el sector marítimo, sino que lo ven también como parte de la solución a la reducción de emisiones y gases de efecto invernadero como denotan los interesantes planes, proyectos e ideas que empiezan a ver la luz con un potencial dignos de atención y estudio.
Por ejemplo, en Estados Unidos hay empresas como AMOGY, que está involucrada en el desarrollo de motores para barcos, camiones y tractores que funcionen directamente con amoniaco como combustible:
Pero más interesante aún resulta el caso de Japón, donde han encontrado en el amoniaco el aliado esencial no sólo como vector en la energía del hidrógeno, sino como actor fundamental en la generación de energía térmica para poder cumplir con el objetivo suscrito en 2013 de reducir sus emisiones un 46% para el año 2030.
Japón es un país geográficamente aislado y con una generación de energía renovable bastante limitada: el 70% del consumo energético en aquel país proviene de su eficiente energía térmica. Las autoridades japonesas creen que, aun llegando a contar con un 50% o 60% de energía renovable en el futuro, la generación térmica seguirá siendo necesaria para dar estabilidad al sistema, y por eso hay un consorcio (https://greenammonia.org/en/) que investiga el uso del amoniaco neutro en carbono como un combustible que posibilite la reducción de emisiones de CO2 a medio y largo plazo; un plan que proyecta en Japón unas cifras de importación de 3 millones de toneladas de amoniaco en 2030 y 30 millones de toneladas en 2050 sólo como combustible para generar energía.
Todas estas investigaciones se llevan a cabo por empresas privadas, pero con el apoyo incondicional y decidido del gobierno nipón que encuentra así solución a su problema energético doméstico mientras que entabla lazos comerciales y acuerdos con terceros países para la exportación de tecnología y la importación de amoniaco verde o azul: https://www.ammoniaenergy.org/articles/meti-forms-ammonia-energy-council/
El amoniaco como portador de energía
Como indicábamos anteriormente, el amoniaco nos es familiar en la tradicional industria de los fertilizantes o como agente esencial en la industria química, de ahí que una de sus ventajas fundamentales con respecto a otros vectores energéticos sea la madurez tecnológica para la manipulación, el transporte y el almacenamiento.
En la siguiente tabla hay una comparación las características físicas del amoniaco comparadas con las del hidrógeno y las del metano:
Fijándonos sólo en la comparación entre el amoniaco y el hidrógeno, y debido a la baja densidad de este último, nos encontramos con que el amoniaco líquido contiene 1,7 veces más átomos de hidrógeno por volumen que el propio hidrógeno líquido, teniendo –además- 1,5 veces más poder calorífico. Por si eso fuera poco, el punto de ebullición del hidrógeno es -253°C por lo que se requiere mucha energía para la licuefacción y su almacenamiento no es sencillo, mientras que los -33,4°C de temperatura de licuefacción del amoniaco lo hacen mucho más fácil de manejar.
La fórmula general de la combustión del amoniaco es 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O, así que no deja huella de carbono, si bien uno de los desafíos en la combustión del amoniaco es el control de sus emisiones: los átomos de nitrógeno hacen que se generen fácilmente NOX si la mezcla de combustible es pobre y N2O + amoniaco no quemado en el caso de una combustión rica en combustible.
La estrategia de Japón pasa por producir amoniaco verde o azul allende los mares, en áreas geográficas ricas en recursos y energías renovables y que pueda ser transportado después por barco, almacenado en terminales y usado como combustible de centrales térmicas y hornos industriales japoneses. A corto plazo ya hay infraestructura para poder hacerlo, y a medida que la demanda aumente podrán implementarse infraestructuras más modernas, eficientes y sostenibles. Recordemos que cuando hablamos de amoniaco azul nos referimos a aquel que parte de recursos fósiles (gas natural) como materia prima y en cuyo proceso de obtención habrá indefectiblemente una captura del CO2 emitido durante los procesos productivos. Por su parte el amoniaco verde es aquel en cuya producción se utilizan energías renovables e hidrógeno verde.
Ejemplo de esta estrategia es un proyecto en el que nuestros amigos de IHI Corporation están trabajando actualmente: un estudio de factibilidad (diseño y tecnología de proceso según las materias primas y los recursos disponibles) en Tasmania (Australia) para una planta de producción de amoníaco verde que utilizará energía renovable (250 MW de energía hidroeléctrica) para producir 200.000 toneladas al año.
En Japón son conscientes del reto tecnológico al que se enfrentan, y por eso se centran en una solución a corto plazo (que pasa por el amoníaco azul) para establecer la cadena de valor de la energía lo más rápidamente posible, dejando para el futuro -cuando las condiciones lo permitan- el ansiado amoniaco verde. El coste de la producción de amoníaco verde depende principalmente de la electricidad y el electrolizador, y las primeras estimaciones calculan que el coste de la electricidad debe ser de 30$/MWh (o incluso menos) para que el amoníaco verde tenga el mismo precio que el azul. En este escenario, el país nipón está en conversaciones con Australia, Medio Oriente y América del Sur y del Norte debido a las buenas perspectivas de una transición suave de amoniaco azul a verde en esos territorios gracias a sus abundantes recursos de gas natural y a su inversión en energías renovables.
El amoniaco como generador de energía a gran escala
Nuestros protagonistas japoneses, conscientes de que cumplir con los compromisos medioambientales no puede suponer una merma en su bienestar ni en su producción energética, y de la mano nuevamente de IHI Corporation, llevan desde 2013 desarrollando tecnología para la combustión de amoniaco en calderas y turbinas de gas con resultados tan sorprendentes como prometedores.
Las turbinas de gas alimentadas con amoniaco ofrecen un excelente rendimiento, constatado desde los primeros estudios que empezaron con una co-combustión al 20% de amoniaco y gas natural en turbinas de 2 MW, y ya están llegando a quemar una mezcla al 70% de relación amoniaco/gas natural cumpliendo con la normativa medioambiental en cuestión de emisiones. Una de las fortalezas de este desarrollo está en la facilidad de manejo del amoniaco en condiciones presurizadas como es una turbina de gas, si bien uno de los hándicaps está en la dificultad del amoniaco para combustionar.
Pero el desarrollo no se queda ahí y en la actualidad IHI ha unido sus esfuerzos al gigante estadounidense General Electric para desarrollar turbinas que funcionen exclusivamente con amoniaco (proceso llamado mono-combustión): se habla de una turbina de 400 MW que no emitiría CO2 al quemar sólo NH3 y que –a la vez- eliminaría los NOX resultantes del proceso. Aunque es un proceso costoso, tanto IHI como GE Power ven en ese desarrollo una oportunidad en el mercado asiático (Japón, Singapur, Corea del Sur…) que podría exportarse a todo el mundo, puesto que –según aseguran- sólo con cambiar los módulos de combustión de las turbinas de gas natural de tipo 6F.03, 7F y 9F, las centrales que equipan ese tipo de turbinas podrían pasar a quemar amoniaco y reducir así la huella de carbono.
En el caso de las centrales térmicas, para calderas a gran escala alimentadas tradicionalmente con carbón para la generación de energía, se están desarrollando tecnologías de combustión conjunta de carbón pulverizado y un 20% de amoniaco (con emisiones de NOX inferiores a las emitidas por una mono-combustión exclusivamente de carbón) con la previsión de implementarlas en 2024 en una planta de 1000MW. Los estudios sostienen que la única parte que habrá que modificar en la planta será el quemador de combustión, manteniéndose el equipo de suministro de combustible, el equipo de tratamiento de gases de escape y las partes de presión de la caldera.
Si desean información más detallada les invito a repasar este fenomenal artículo, al que le debo parte de los datos les he compartido:
https://www.ihi.co.jp/en/technology/review_library/review_en/2022/contents/1197934_3504.html
No cabe duda de que nuestro futuro pasa por la reducción de emisiones y por una energía más limpia y sostenible, pero deberíamos reflexionar y preguntarnos si la hoja de ruta para alcanzar ese objetivo es la más acertada. Como Japón, nosotros en Europa (y particularmente en España) también teníamos centrales térmicas de carbón que nos hemos apresurado a cerrar (cuando no a demoler), modernas centrales de ciclo combinado ahora estigmatizadas y apartadas del escenario de la transición energética… y empresas de ingeniería y escuelas politécnicas con brillantes profesionales e investigadores capaces de encontrar soluciones como sus colegas norteamericanos y japoneses si contaran con el apoyo y los recursos necesarios.
