Lo último en almacenamiento de energía: Amoníaco

Desafíos de la energía verde

Con el cambio climático, que está provocando una mayor frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos, y el IPCC, que ha fijado objetivos de reducción de emisiones para evitar un aumento de la temperatura de otros 1,5 grados, el mundo se está esforzando por realizar la transición a las energías renovables. Con la transición mundial de los combustibles fósiles a la energía verde en marcha, es necesario el almacenamiento a largo plazo y la transmisión de largo alcance de esta energía verde. El amoníaco es idóneo para ambas aplicaciones, ya que a temperatura ambiente el amoníaco líquido es un portador de hidrógeno muy eficiente que puede transportarse fácilmente. Las pilas de combustible que pueden aprovechar el hidrógeno del amoníaco ofrecen importantes avances para superar los principales retos de la energía verde:

• Proporcionar energía verde cuando otras energías renovables están disponibles de forma intermitente

La energía solar se produce sólo cuando brilla el sol. La energía eólica se produce sólo cuando sopla el viento. El hecho de que la disponibilidad de estas fuentes de energía renovable, cada vez más populares, esté limitada por las condiciones meteorológicas adquiere mayor importancia a medida que estas fuentes de energía constituyen una parte mayor del total de la energía generada. El desajuste entre la producción de energía renovable y la demanda de los consumidores se demuestra en la ya famosa curva de pato de las energías renovables; las fluctuaciones en los balances energéticos causadas por las renovables crean serios desafíos para las empresas eléctricas que deben satisfacer esta demanda. La respuesta a este reto vendrá de la mano de soluciones de almacenamiento de energía renovable fácilmente disponibles. Las pilas de combustible de alta disponibilidad pueden ser un componente importante de estas soluciones.

• Aprovechar el exceso de capacidad de las renovables

En lugar de restringir el exceso de capacidad generado por las renovables, este exceso de energía puede almacenarse en forma de amoníaco líquido para su uso futuro por las pilas de combustible. Esta fuente de amoníaco sería una alternativa limpia al amoníaco industrial que se produce a través del proceso de producción de Haber-Bosch.

• Ofreciendo una alternativa ecológica y de menor coste al gasóleo
  Los generadores de gasóleo han desempeñado hasta ahora un papel importante en el suministro de energía en las economías de red pobres de los países en desarrollo. Estos generadores son responsables, al menos en parte, de la contaminación atmosférica provocada por el gasóleo y otros combustibles fósiles, que causa la muerte de 7 millones de personas al año en todo el mundo. La sustitución del gasóleo por el «amoníaco verde» como portador de energía pondría una energía verde limpia y fiable a disposición de los 3.500 millones de personas que viven en zonas sin red o con una red pobre. El lanzamiento de la solución GenCell A5 para torres de telecomunicaciones y electrificación rural que funciona con amoníaco permitirá el acceso a la energía a millones de personas que ahora están fuera de la red.

Enfoques del almacenamiento de energías renovables

Hasta hoy, el mercado energético se ha centrado principalmente en dos enfoques principales del almacenamiento de energías renovables: las baterías recargables y el hidrógeno. Se utilizan diversas tecnologías para desarrollar baterías recargables de diferentes tipos y tamaños. Las ventajas de las baterías son la eficiencia energética y la larga vida útil gracias a la carga y la transportabilidad. Por otro lado, sus desventajas incluyen su importante peso y tamaño, sus elevados costes de producción, su rápido deterioro, los riesgos de seguridad y los problemas en torno a su eliminación.

Paralelamente a las baterías, otra tendencia popular para el almacenamiento de energía se basa en la tecnología del hidrógeno, como las aplicaciones que aprovechan el hidrógeno para impulsar pilas de combustible, vehículos recargables y maquinaria móvil, entre otras aplicaciones innovadoras. Aplicaciones como la electrólisis producen hidrógeno limpio y ecológico a partir del agua con la ayuda de la energía renovable sobrante; este hidrógeno puede transportarse, almacenarse y permitir la reelectrificación mediante pilas de combustible.

La capacidad de almacenamiento de energía en forma de hidrógeno es muy superior a la de las pilas. Entonces, ¿por qué esta tecnología no ha conquistado el mercado? La razón es que el almacenamiento de energía como hidrógeno es un reto. Construir una infraestructura de hidrógeno viable para el suministro desde los lugares de producción hasta los de consumo no es una cuestión sencilla. La producción masiva y centralizada de hidrógeno, ya sea en forma de gas o de líquido, conlleva elevados costes de entrega y distribución, mientras que la producción distribuida de bajo volumen tiene un coste prohibitivo. El suministro de hidrógeno se ve limitado por los altos costes, las pérdidas de eficiencia energética en el transporte, los problemas de pureza del hidrógeno y la propensión a las fugas.

Los científicos están trabajando en nuevos portadores de hidrógeno para superar estas limitaciones. Los portadores de hidrógeno pueden almacenar hidrógeno en un estado químico distinto al de las moléculas de hidrógeno libres. Un método interesante para suministrar hidrógeno consiste en hidratar un compuesto químico en el lugar de producción y luego deshidratarlo en el punto de entrega o dentro de una pila de combustible. Entre los posibles portadores se encuentran las tecnologías de almacenamiento químico y físico, como los hidruros metálicos, el carbono u otras nanoestructuras y los hidrocarburos reversibles. Otros enfoques implican el bombeo de hidrógeno en cavernas subterráneas, muchas de ellas creadas por actividades mineras, donde se almacena de forma segura. La tecnología Power to Gas inyecta hidrógeno en el gas natural que se transporta a través de la infraestructura existente. La combustión libera la energía; al sustituir el 20% del carbono por hidrógeno, las emisiones se reducen igualmente en un 20%.

El amoníaco como portador de energía

Otra opción es utilizar el amoníaco como portador de energía. Las ventajas son muchas. En primer lugar, el amoníaco es económico. Disponibilidad – es el segundo producto químico más producido en el mundo, se producen 200 millones de toneladas de amoníaco al año. Transportabilidad – el amoníaco es fácil de almacenar y no requiere un almacenamiento a alta presión. Otra ventaja clave es la compatibilidad química del amoníaco con las pilas de combustible alcalinas que utilizan un electrolito alcalino. Y cuando el amoníaco se craquea para producir hidrógeno, no se emiten contaminantes nocivos. Como no hay carbono, no se producen subproductos de carbono, por lo que el amoníaco es una opción «neutra en carbono» para el futuro. Aunque el amoníaco es un producto químico tóxico con un potente olor, cuando se maneja con cuidado y de acuerdo con la normativa se utiliza con seguridad en la agricultura, la refrigeración, los semiconductores, los tintes para el cabello y la purificación del agua, entre otras aplicaciones. Pero la mayor ventaja del amoníaco como portador de hidrógeno es el hecho de que, como líquido, con una presurización suave y sin limitaciones criogénicas, ofrece una alta densidad de almacenamiento de hidrógeno.

En la actualidad, GenCell ha desarrollado una pila de combustible que aprovecha el amoníaco líquido para alimentar una solución energética fuera de la red que actúa como una «nanoplanta» autónoma más allá de la red, permitiéndonos sustituir los contaminantes generadores diésel en el suministro de electricidad más allá de la red. En la actualidad, estas pilas de combustible funcionan con amoníaco producido industrialmente, principalmente a través del proceso Haber-Bosch, comúnmente utilizado pero altamente contaminante. En el proceso de síntesis del amoníaco Haber-Bosch, el nitrógeno reacciona con el hidrógeno mediante un catalizador metálico. El proceso se lleva a cabo a una presión de 200 atm y a altas temperaturas de reacción de casi 500°C. Se afirma que el proceso Haber-Bosch es uno de los que más contribuye a la acumulación de nitrógeno reactivo en la biosfera. Para ofrecer una energía completamente verde, estamos trabajando en el desarrollo de un proceso ecológico para crear amoníaco verde que pueda desplazar al contaminante proceso Haber-Bosch. Esto permitiría la producción industrial de amoníaco limpio utilizando energía renovable para una amplia gama de aplicaciones, desde los fertilizantes y la purificación del agua hasta el suministro de combustible para soluciones de pilas de combustible alcalinas. Como esta ecuación no incluye carbono, cuando madure, esta tecnología nos permitirá tener una generación de energía distribuida 100% verde. Prevemos la creación de un circuito energético totalmente limpio mediante la producción de amoníaco verde in situ utilizando energía solar y eólica, y el uso del amoníaco para hacer funcionar generadores de pilas de combustible alcalinas en cualquier lugar más allá de la red, permitiendo la electrificación rural y acercando al mundo a la paridad de red. Para más información, póngase en contacto con nosotros en [email protected].