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Calentamiento global: el rol del amoniaco en la sustitución de los combustibles fósiles

por 6 marzo, 2021

Calentamiento global: el rol del amoniaco en la sustitución de los combustibles fósiles
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En la primera década de este siglo, creímos que los combustibles fósiles, principalmente el petróleo, se agotaban rápidamente y que en ausencia de sustitutos los precios escalarían por sobre los 200 dólares el barril.

Terminada la segunda década, la situación es radicalmente distinta. En el planeta sobra petróleo, pero ahora el mundo requiere abandonar con urgencia el uso de combustibles fósiles para detener el calentamiento global y mitigar los efectos del  cambio climático debido, principalmente, a la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) como el dióxido de carbono,  producto de la combustión de estos combustibles.

En este escenario de emergencia climática, ha comenzado el despliegue de políticas públicas para detener el consumo de combustibles fósiles y se están ensayando distintas opciones que permitan disminuir o eliminar las emisiones de CO2, mediante la descarbonización de aquellas industrias que son responsables de las emisiones de los GEI.

Reemplazar los combustibles fósiles no será fácil. Existen distintas soluciones dependiendo de las características de cada industria y de la efectividad de las políticas públicas diseñadas para descarbonizar las economías y estimular el desarrollo y uso de  otras opciones.

En la industria del transporte de pasajeros, la electricidad es una buena alternativa y compite bien con las bencinas y el diésel obtenidos del petróleo.

Hoy, trenes y buses son impulsados con electricidad y/o baterías recargables y se espera que durante esta década veamos grandes ciudades con sistemas de transporte público libres de emisiones de GEI.

Para descarbonizar el parque automotriz existen varias soluciones y ya estamos experimentando una transición asociada a distintas estrategias de desarrollo tecnológico.

Para mediados de esta década se espera que los vehículos eléctricos que utilizan baterías de ion-litio representen un 10 % de las ventas del mercado mundial y al mismo tiempo, se alcance la paridad de precios con los vehículos de combustión interna.

Los vehículos híbridos enchufables, que utilizan hidrocarburos y baterías, se proyecta  que en cuatro años representaran más del 25 % de las ventas de las opciones menos contaminantes.

Una tercera opción en desarrollo son aquellos vehículos impulsados por pilas de combustible que utilizan una reacción electroquímica a base de hidrógeno y agua. La mayor energía y densidad de potencia del hidrógeno hacen de esta opción más adecuada para aplicaciones en vehículos de transporte de carga pesada o transporte de pasajeros en largas distancias.

Estas tres opciones cumplen con el objetivo de disminuir o eliminar las emisiones de GEI e irán desplazando a los vehículos que utilizan sólo combustibles fósiles, a medida que su precio y eficiencia sean equivalentes a las opciones que hoy conocemos.

La producción de electricidad y calor mediante la quema de carbón, gas natural y petróleo es la mayor fuente de emisiones de GEI, representando más del 25 % de las emisiones globales.

Las alternativas a los combustibles fósiles para la generación de electricidad enfrenta grandes desafíos considerando que el acceso a energía eléctrica impacta directamente en la calidad de vida de la gente y su disponibilidad debe ser de uso masivo, las 24 horas del día, los 365 días del año y a precios asequibles para una mayoría de la población cuyos ingresos deben cubrir primero la necesidad de una adecuada alimentación.

Actualmente, existen opciones para generar electricidad sin emisiones de GEI. La energía nuclear, la energía fotovoltaica, eólica y geotérmica permiten hoy reemplazar aquellas fuentes de generación que utilizan carbón, petróleo o gas natural. Sin embargo, el uso de la energía nuclear está limitada por convenios internacionales y su peligrosidad en escenarios de alto riesgo; la energía geotérmica está restringida a aquellas regiones en el mundo con actividad volcánica o gradientes geotérmicos adecuados y su desarrollo depende de políticas públicas dirigidas a la explotación de este recurso. Las energías solar y eólica tienen el inconveniente de ser discontinuas y necesitan ser complementadas con métodos de almacenamiento que permitan respaldar la generación de electricidad cuando ellas no están disponibles.

Opciones como la concentración solar de potencia y el bombeo de agua desde un reservorio inferior a uno superior utilizando la energía que sobra cuando la demanda es baja, son opciones para algunas regiones con condiciones geográficas y climáticas adecuadas.

Pero el mayor desafío para la descarbonización de la generación eléctrica es el desarrollo de opciones que desplacen en precio y eficiencia al gas natural, que hoy en día es abundante y barato y desplaza al carbón, petróleo y al diésel. El gas natural es, por lo tanto, la fuente de energía sobre la cual se puede sostener la transición hacia una descarbonización definitiva de la generación eléctrica, mientras se desarrollan nuevas tecnologías y se crean las condiciones para su sustitución.

Las opciones que en la actualidad se evalúan son los combustibles sintéticos y el gas de hidrógeno. Para el uso del hidrógeno, se están desarrollando turbinas equivalentes a las utilizadas por los ciclos combinados a base de gas natural. Durante esta década se probarán las tecnologías para este objetivo, pero lo más probable es que veremos una transición en la cual la mezcla de gas natural y gas de hidrógeno, en distintas proporciones, permitirá una migración progresiva hacia el abandono definitivo del gas natural, probablemente durante la segunda mitad de este siglo.

Pero existen otras industrias en las cuales el uso de electrones no es suficiente. La  industria aeronáutica, transporte marítimo, transporte de carga pesada o las industrias del acero y del aluminio requieren otro tipo de soluciones.

El transporte marítimo es responsable del 2-3 % de las emisiones de GEI y sostiene los fundamentos sobre los cuales se basa la economía global, transportando más del 80 % del volumen de carga comercial total del mundo. En comparación con otros medios de transporte de carga, el transporte marítimo es el medio más eficiente que permite el movimiento regional e intercontinental de grandes cantidades de carga. Los combustibles más usados por esta industria son tipos especiales de diésel que se obtienen de la refinación de petróleo.

Para la industria naviera, el amoniaco (NH3) aparece como una promisoria alternativa para reemplazar los combustibles utilizados por el transporte marítimo y podría ser un vector energético para el 20 % del sistema energético mundial.

El amoniaco, junto con el metanol y el hidrógeno, forman parte de los denominados electro-combustibles, por cuanto son un tipo de combustibles sintéticos que se pueden fabricar tomando el hidrógeno del gas natural o del agua y almacenar la energía eléctrica en los enlaces químicos, en estado líquido o gaseoso. Estos electro-combustibles, podrían desplazar en precio y eficiencia a los hidrocarburos fósiles en aquellas industrias donde los electrones no son la solución más eficiente.

Uno de los mayores desafíos para reemplazar los hidrocarburos fósiles es la necesaria infraestructura para suministrar los combustibles alternativos desde su producción hasta el consumidor final.

El amoniaco tiene la ventaja de ser un producto que se comercializa en todo el mundo. La producción mundial anual de amoniaco es de aproximadamente 180 millones de toneladas, de las cuales aproximadamente el 80 % se utiliza en la producción de fertilizantes.

El amoniaco es una molécula libre de carbono y, por lo tanto, quemarlo en un motor de combustión interna no produce emisiones de CO2. Además, el amoniaco se convierte en un combustible libre de carbono, cuando se produce utilizando fuentes de energía renovables como la electricidad a partir de energía eólica, solar o geotérmica (amoniaco verde), o un combustible neutro, si se produce de fuentes fósiles con tecnologías de captura y almacenamiento del carbono (amoniaco azul).

En el desarrollo de la economía del hidrógeno, el amoniaco, con una mayor densidad volumétrica, puede jugar un rol relevante por cuanto un litro de amoniaco contiene un 40 % más de hidrógeno que un litro de hidrógeno y ocupa un 45 % menos espacio de almacenamiento.

Hoy existe la infraestructura y una normativa estandarizada para la fabricación, transporte, uso y comercialización de amoniaco. Cuestión relevante cuando se trata de masificar el uso del hidrógeno para el cual se requiere grandes inversiones para desarrollar la infraestructura en prácticamente toda la cadena de valor.

Chile depende del transporte marítimo tanto para el transporte nacional como para el comercio internacional, con el 89 % y el 97 % de las importaciones y exportaciones, respectivamente (en términos de tonelaje), que pasan por nuestros puertos.

En la perspectiva del deseado desarrollo sustentable, Chile debe estimular la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías, principalmente en aquellas áreas con potencial de ser desplegadas en su estructura productiva.

El amoniaco, como combustible para el transporte marítimo, requiere de la adaptación de los motores utilizados para mover embarcaciones de distinto tamaño y que cumplen distintos objetivos. La geografía marítima de Chile nos hace un país con las características adecuadas para desarrollar y poner a prueba distintas soluciones alternativas al uso de combustibles fósiles.

En la industria marítima, Chile cuenta con Astilleros y Maestranzas de la Armada (Asmar). Ahí existen las capacidades estratégicas y de ingeniería para abordar el desafío planteado y ser líderes en el desarrollo de soluciones para la descarbonización de la industria marítima. Si aspiramos a construir un país desarrollado, debemos implementar modelos de desarrollo que integren las capacidades dispersas en instituciones estatales como Asmar, universidades, institutos y empresas privadas.

 

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