{"id":135177,"date":"2022-05-17T16:19:15","date_gmt":"2022-05-17T15:19:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135177"},"modified":"2022-05-17T16:19:15","modified_gmt":"2022-05-17T15:19:15","slug":"investigaciones-recientes-sobre-fijacion-solar-de-nitrogeno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/05\/17\/135177","title":{"rendered":"Investigaciones recientes sobre fijaci\u00f3n solar de nitr\u00f3geno"},"content":{"rendered":"

Autor: Alejandro Herrero, IMDEA Energ\u00eda<\/strong><\/p>\n

La situaci\u00f3n geopol\u00edtica en 2022 ha provocado un repunte en los precios del gas natural, combustible principal en la producci\u00f3n de amon\u00edaco en el proceso Haber-Bosch, lo que se ha traducido en el alza del precio de los fertilizantes y, por extensi\u00f3n, de los alimentos y otros productos de primera necesidad.<\/span><\/p>\n

Dicho proceso consume entre el 3% y el 5% del gas natural producido anualmente a nivel mundial, emitiendo cerca de dos toneladas de CO2<\/sub> por cada una de amon\u00edaco. Los precios de amon\u00edaco var\u00edan entre los 170 $\/ton e incluso m\u00e1s de 600 $\/ton en situaciones de crisis como la actual. La mayor parte del amon\u00edaco producido, alrededor de un 80% [1], se emplea en la fabricaci\u00f3n de fertilizantes, entre los cuales el m\u00e1s consumido a nivel mundial es la urea [2].<\/span><\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os se han desarrollado plantas de producci\u00f3n de \u201camon\u00edaco verde\u201d en las que el hidr\u00f3geno consumido en el proceso es obtenido mediante electr\u00f3lisis con energ\u00edas renovables. Sin embargo, el precio a d\u00eda de hoy no es competitivo con el proceso Haber-Bosch en plantas de gran producci\u00f3n [3]. Seg\u00fan algunas estimaciones, la s\u00edntesis de hidr\u00f3geno y nitr\u00f3geno como vectores energ\u00e9ticos mediante energ\u00edas renovables podr\u00eda reemplazar a otros combustibles f\u00f3siles en un importante porcentaje para 2040-2050 [4, 5]. En los \u00faltimos a\u00f1os se ha tratado de mejorar la s\u00edntesis de amon\u00edaco mediante el mismo proceso Haber-Bosch a condiciones de presi\u00f3n y temperatura m\u00e1s bajas, con el empleo de distintos tipos de catalizadores que contienen en su estructura Ru, Co, Ni o Mo [5].<\/span><\/p>\n

La situaci\u00f3n actual pone de manifiesto la vulnerabilidad del sistema de producci\u00f3n centralizado en el que el transporte de mercanc\u00edas se ve, a su vez, comprometido en situaciones de excepcionalidad.<\/span><\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os se han desarrollado tecnolog\u00edas de fijaci\u00f3n de nitr\u00f3geno alternativas que podr\u00edan ser competitivas en modelos de producci\u00f3n descentralizada en un plazo temporal no muy lejano. Pese a que a\u00fan no est\u00e1n plenamente desarrolladas, en el futuro permitir\u00edan amortiguar subidas en los precios durante \u00e9pocas de crisis, reduciendo la dependencia exterior, costes de transporte y mejorando la capacidad de respuesta de cada pa\u00eds.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Figura 1. Esquema de los tipos de amon\u00edaco producidos. Adaptado con permiso de [6].<\/span><\/em><\/p>\n

La fijaci\u00f3n de nitr\u00f3geno puede conseguirse en condiciones de baja presi\u00f3n y temperatura con otras tecnolog\u00edas novedosas en las que se emplea energ\u00eda solar o el\u00e9ctrica renovable, obteniendo el hidr\u00f3geno necesario mediante electr\u00f3lisis. Entre las tecnolog\u00edas que pueden utilizar fuentes de energ\u00eda renovables destacan los procesos de electrocat\u00e1lisis, fotocat\u00e1lisis, fotoelectrocat\u00e1lisis, fototermocat\u00e1lisis o la fijaci\u00f3n de N2<\/sub> por plasma. En todos estos casos, el nivel de madurez tecnol\u00f3gica es a\u00fan bajo y requiere de m\u00e1s a\u00f1os de investigaci\u00f3n y desarrollo para su implantaci\u00f3n comercial. Sin embargo, los primeros estudios econ\u00f3micos sugieren que en determinadas circunstancias se podr\u00edan alcanzar precios competitivos en un futuro no muy lejano.<\/span><\/p>\n

Entre las tecnolog\u00edas referidas, aquellos procesos que permiten la obtenci\u00f3n de amon\u00edaco mediante energ\u00eda solar directa requieren a\u00fan mejoras sustanciales que permitan reducir los costes de producci\u00f3n. Entre ellas, las principales radican en la obtenci\u00f3n de catalizadores estables con alta actividad catal\u00edtica y el empleo de las condiciones de operaci\u00f3n m\u00e1s favorables. La configuraci\u00f3n de las plantas solares, la combinaci\u00f3n con otros procesos de producci\u00f3n y la ordenaci\u00f3n del territorio pueden jugar tambi\u00e9n un importante papel en el desarrollo e implantaci\u00f3n de este tipo de tecnolog\u00edas.<\/span><\/p>\n

Recientemente, se han comparado distintas configuraciones en algunas de estas tecnolog\u00edas. En sistemas electrocatal\u00edticos se ha planteado la conveniencia de emplear dos etapas en las que se produce hidr\u00f3geno y amon\u00edaco respectivamente de forma secuencial, o bien una sola etapa en la que se sintetiza amon\u00edaco directamente a partir de nitr\u00f3geno y agua, consigui\u00e9ndose costes estimados en 600 $\/ton [3].<\/span><\/p>\n

En fotocat\u00e1lisis en fase acuosa se ha planteado el uso de aire y agua como mezcla inicial de reacci\u00f3n. Se ha evaluado la conveniencia del uso de sistemas de separaci\u00f3n de nitr\u00f3geno del aire como paso previo a la s\u00edntesis en fase acuosa, donde se sacrificar\u00eda parte de la actividad catal\u00edtica debido a la presencia de ox\u00edgeno disuelto, pero consiguiendo importantes reducciones en los costes de producci\u00f3n [7].<\/span><\/p>\n

Se ha evaluado recientemente un sistema de obtenci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante foto-electro-cat\u00e1lisis que posteriormente es usado como reactivo en una segunda etapa de obtenci\u00f3n de amon\u00edaco mediante s\u00edntesis electroqu\u00edmica, estim\u00e1ndose un coste de producci\u00f3n de 840 $\/ton de amon\u00edaco [8].<\/span><\/p>\n

En conclusi\u00f3n, invertir en tecnolog\u00edas alternativas a la producci\u00f3n de amoniaco por Haber-Bosh es una necesidad acuciada por la crisis actual de los combustibles. Aunque estas tecnolog\u00edas son incipientes se ha evaluado que su coste podr\u00e1 ser asumible en un futuro no muy lejano. En este contexto, las tecnolog\u00edas relacionadas con la producci\u00f3n de amoniaco como combustible, fertilizante o reactivo de alto valor a\u00f1adido de origen solar, son unas de las mas interesantes.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1] G. Chehade y I. Dincer. Progress in green ammonia production as potential carbon-free fuel<\/em>. Fuel<\/em> 299. 120845.<\/p>\n

[2] https:\/\/www.fertilizerseurope.com\/fertilizers-in-europe\/facts-figures\/<\/a><\/p>\n

[3] C.A. Fern\u00e1ndez y M. C. Hatzell. <\/em>Editors’ Choice\u2014Economic Considerations for Low-Temperature Electrochemical Ammonia Production: Achieving Haber-Bosch Parity<\/em>. Journal of The Electrochemical Society<\/em> 167 (2020). 143504.<\/p>\n

[4] A. E. Y\u00fczba\u015f\u0131o\u011flu, C. Av\u015far, A. O. Gezerman. The current situation in the use of ammonia as a sustainable energy source and its industrial potential<\/em>. Current Research in Green and Sustainable Chemistry<\/em> 5 (2022). 100307.<\/p>\n

[5] J. Humphreys, R. Lan, S. Tao. Development and recent progress on ammonia synthesis catalyst for Haber-Bosch process<\/em>. Advanced Energy & Sustainability Research<\/em>. 2 (2021). 2000043.<\/p>\n

[6] K. Smart. Review of Recent Progress in Green Ammonia Synthesis. Johnson Matthey Technol<\/em>. Rev.<\/em>, 2022, 66, (3), 230\u2013244. https:\/\/doi.org\/10.1595\/205651322X16334238659301.<\/p>\n

[7] Y.-H. Liu, C. A. Fern\u00e1ndez, S. A. Varanasi, N. N. Bui, L. Song, and M. C. Hatzell. Prospects for Aerobic Photocatalytic Nitrogen Fixation<\/em>. ACS Energy Lett<\/em>. 2022, 7, 24\u221229.<\/p>\n

[8] Y. Bicer and I. Dincer. Exergoeconomic analysis and optimization of a concentrated sunlight-driven integrated photoelectrochemical hydrogen and ammonia production system. International Journal of Hydrogen Energ<\/em>y 44 (2019).<\/p>\n

Contacto<\/strong>
\nAlejandro Herrero, investigador de la Unidad de Procesos Fotoactivados de IMDEA Energ\u00eda.
\nV\u00edctor A. de la Pe\u00f1a O\u00b4Shea, coordinador del proyecto FotoArt-CM.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autor: Alejandro Herrero, IMDEA Energ\u00eda La situaci\u00f3n geopol\u00edtica en 2022 ha provocado un repunte en los precios del gas natural, combustible principal en la producci\u00f3n de amon\u00edaco en el proceso Haber-Bosch, lo que se ha traducido en el alza del precio de los fertilizantes y, por extensi\u00f3n, de los alimentos y otros productos de primera necesidad. Dicho proceso consume entre el 3% y el 5% del gas natural producido anualmente a nivel mundial, emitiendo cerca de dos toneladas de CO2 por cada una de amon\u00edaco. Los precios de amon\u00edaco var\u00edan entre los 170 $\/ton e incluso m\u00e1s de 600 $\/ton\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135177"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=135177"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135177\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":135182,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135177\/revisions\/135182"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=135177"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=135177"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=135177"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}