La búsqueda de combustibles alternativos a los hidrocarburos es uno de los grandes retos a los que se enfrentan España y todos los países de la Unión Europea para reducir la emisión de dióxido de carbono. Además de las energías renovables o la pila de hidrógeno, existen otras vías que se basan en el amoniaco como combustible y que son foco de importantes avances tecnológicos.
Porque el uso de amoniaco para alimentar motores no es algo realmente nuevo, durante la Segunda Guerra Mundial no era extraño emplearlo para hacer funcionar el motor de los coches. Pero sí lo es la reacción química que acaba de descubrir un equipo de científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison.
En particular, han encontrado una nueva forma de convertir el amoniaco en gas nitrógeno eliminando -por un proceso catalítico que favorece la reacción- los gases contaminantes asociados. Todo un descubrimiento que ya atisba aplicaciones en la industria de la propulsión naval.
Pila de amoniaco
"El mundo funciona actualmente con una economía basada en el combustible del carbono", ha explicado Christian Wallen, autor de la investigación y antiguo investigador postdoctoral en el laboratorio de química de la Universidad. El del carbono, explica, no es un ciclo completo y cerrado porque no se puede reutilizar el dióxido del elemento como combustible.
Primer barco en usar amoniaco a alta temperatura como combustible
El objetivo del grupo de científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW-Madison) es precisamente cambiar el carbono por una economía basada en interconversiones entre nitrógeno y amoniaco. Para ello, se basan en un nuevo descubrimiento que pasa por el añadir un catalizador metálico al amoniaco que impulsa la reacción química. Ese elemento clave contiene rutenio (un metal similar al platino) y es el responsable de la producción espontánea de nitrógeno, sin que sea necesario aplicar energía externa.
El proceso se puede emplear para generar electricidad dando como subproductos protones y gas nitrógeno. Además, según indican desde la Universidad, el complejo metálico empleado como catalizador se puede reciclar mediante la exposición al oxígeno y usarse repetidamente. En un "proceso mucho más limpio que el uso de combustibles a base de carbono".
"Poder completar la reacción de amoniaco a nitrógeno en condiciones ambientales y obtener energía es algo muy importante", añade Lester McNall, profesor de química quien trabaja en la investigación de los metales de transición.
Tradicionalmente, quemar amoniaco producía óxidos de nitrógeno tóxicos, pero la nueva reacción química consigue eliminar estos subproductos. Si la reacción puede realizarse en una pila de combustible donde el amoniaco y el rutenio reaccionan en la superficie de un electrodo y no requieren de un convertidor catalítico (lo que en los coches se suele denominar catalizador).
Molécula de Amoníaco
"Descubrimos compuestos químicos que catalizan [favorecen] la conversión de amoniaco en nitrógeno a temperatura ambiente, sin aplicar voltaje ni agregar químicos. Este es el primer proceso, hasta donde sabemos, que consigue hacer esto", apunta Wallen.
El principal inconveniente de esta tecnología es que para la producción de amoniaco, cuya molécula se compone de un nitrógeno y 3 hidrógenos, se emplea hidrógeno proveniente del gas natural y de los combustibles fósiles. Aunque este proceso parece que comienza a cambiarse por otro que produce amoniaco más ecológico que emplea la electrólisis del agua (la separación de la molécula) para obtener hidrógeno.
Amoniaco para barcos
Una de las industrias que más pretenden aprovecharse del amoniaco es la del transporte marítimo. Esas grandes embarcaciones y sus consumos de centenares -cuando no miles- de kilogramos de combustible a la hora parecen haber encontrado en el amoniaco una alternativa para reducir las emisiones de carbono.
Sin todavía conocer el reciente descubrimiento de la Universidad de Wisconsin-Madison, algunas compañías comenzaron hace un tiempo con el desarrollo y adaptación de embarcaciones para que utilicen amoniaco. Una de ellas es la compañía minera australiana Fortescue Metals Group a través de su subsidiaria Fortescue Future Industries (FFI), que planea utilizar amoniaco "verde" (producido a base de hidrógeno proveniente de agua) para alimentar a uno de sus barcos.
Barco portacoches chino impulsado con amoniaco
En concreto, el MMA Leveque, un buque de apoyo de 75 metros de eslora y casi 7.000 caballos de potencia que se ha estado utilizando hasta ahora para el transporte de productos químicos y fluidos de perforación a plataformas marinas en Australia y Nueva Zelanda, según recogen en New Atlas.
"Este barco mostrará a la industria naviera el poder de una embarcación alimentada por amoniaco verde en condiciones de mundo real", según ha declarado Andrew Forrest, dueño del conglomerado Fortescue, en el Día del Transporte de la COP 26. "Es una tecnología líder en el mundo y ayudará a proporcionar a la industria naviera los conocimientos prácticos para descarbonizar por completo".
Por el momento, no se conocen muchos más detalles acerca de la modificación del barco. Tan solo que será un proceso que se llevará a cabo durante un año en colaboración con MMA Offshore Limited y que dará como resultado un motor que utilice "casi en su totalidad amoniaco verde". Tiene previsto entrar en funcionamiento en 2022.
A diferencia de la pila de amoniaco que planea desarrollar la UW-Madison, el proyecto de FFI pasa por utilizar amoniaco directamente como combustible. Como si de un motor diésel se tratara solo que en lugar de un hidrocarburo incluir en los depósitos la molécula de nitrógeno e hidrógeno.
Barco de amoniaco
Si bien ayuda a la descarbonización del transporte marítimo, el factor contaminante viene de la mano de los óxidos y dióxidos de nitrógeno que también son perjudiciales para el medioambiente y que de igual manera se emiten con la combustión del diésel.
El proyecto de FFI no es el único que se está llevando a cabo en el mundo naval. Viking Energy está desarrollando una embarcación de suministro que empleará amoniaco y una central de nuclear de fisión para separar la molécula en nitrógeno e hidrógeno y alimentar así una pila de combustible. Planean lanzarlo en 2023.
Ese mismo 2023, y si se cumplen las previsiones, estaría listo el barco que prepara Wartsila, la compañía finlandesa que trabaja en el barco Earth 300, que promete un motor de combustión que puede utilizar un 70% de amoniaco.