{"id":135238,"date":"2022-09-02T09:42:26","date_gmt":"2022-09-02T08:42:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135238"},"modified":"2022-09-02T09:42:26","modified_gmt":"2022-09-02T08:42:26","slug":"investigadores-de-eeuu-han-disenado-un-nuevo-proceso-productivo-de-amoniaco-verde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/09\/02\/135238","title":{"rendered":"Investigadores de EEUU han dise\u00f1ado un nuevo proceso productivo de \u201camoniaco verde\u201d"},"content":{"rendered":"

Autores: Dr. Alberto de la Calle (Investigador Titular de ASU Lightworks\u00ae, Arizona, EE.UU.) y Dr. Alicia Bayon (Investigadora del ICP-CSIC)<\/strong><\/p>\n

El amon\u00edaco (NH3<\/sub>) es el segundo qu\u00edmico industrial m\u00e1s producido en el mundo<\/strong>, siendo un componente esencial en la producci\u00f3n de fertilizantes<\/strong>. Su producci\u00f3n anual ronda los 180 millones de toneladas m\u00e9tricas y casi el 90% de esta producci\u00f3n se destina a satisfacer la demanda mundial de producci\u00f3n agr\u00edcola. El amon\u00edaco tambi\u00e9n se ve cada vez m\u00e1s como un combustible verde y, en algunos sectores dif\u00edciles de descarbonizar como el transporte mar\u00edtimo, ofrece muchas ventajas sobre el hidr\u00f3geno verde como combustible alternativo. Pero la forma en que se produce el amon\u00edaco actualmente es insostenible. El proceso Haber-Bosch es el m\u00e1s utilizado para la producci\u00f3n de amoniaco. En \u00e9l, el amon\u00edaco se sintetiza a partir de hidr\u00f3geno (H2<\/sub>) y nitr\u00f3geno (N2<\/sub>) mediante una reacci\u00f3n catal\u00edtica exot\u00e9rmica a alta presi\u00f3n (150-300 bar) y a 350-500 \u00b0C. En este proceso, las materias primas esenciales (H2<\/sub> y N2<\/sub>) se obtienen a partir de hidrocarburos: el H2<\/sub> generalmente se deriva del metano (CH4<\/sub>) a trav\u00e9s del reformado con vapor, y el N2<\/sub> se obtiene del aire despu\u00e9s de la eliminaci\u00f3n del ox\u00edgeno (O2<\/sub>) a trav\u00e9s de la combusti\u00f3n de CH4<\/sub>. Adem\u00e1s, se queman combustibles f\u00f3siles adicionales para producir el calor y la energ\u00eda mec\u00e1nica necesarios en el proceso, lo que aumenta a\u00fan m\u00e1s las emisiones de di\u00f3xido de carbono (CO2<\/sub>). A nivel mundial, se genera una media de casi tres toneladas de CO2<\/sub> por cada tonelada de amoniaco producida<\/strong>.<\/span><\/p>\n

Pero, \u00bfy si el amon\u00edaco pudiera fabricarse de manera sostenible a partir de fuentes de energ\u00eda renovables? \u00bfY c\u00f3mo podr\u00eda este nuevo proceso aprovechar el calor solar adem\u00e1s de la electricidad? Para dise\u00f1ar procesos tan fundamentalmente nuevos, es necesario invertir una gran cantidad de financiaci\u00f3n en I+D a nivel internacional. Sin embargo, hasta la fecha, la mayor\u00eda de los investigadores han buscado v\u00edas para convertir el proceso Haber-Bosch en verde (sin combustible f\u00f3sil) o azul (combustible f\u00f3sil, con captura y almacenamiento de carbono). Estos m\u00e9todos a\u00fan manejan presiones muy altas para producir el amon\u00edaco lo que dificulta su integraci\u00f3n con fuentes de energ\u00eda renovables e intermitentes.<\/span><\/p>\n

Entre las instituciones de investigaci\u00f3n que trabajan en la producci\u00f3n de amon\u00edaco verde, el Departamento de Energ\u00eda de EE. UU. (DOE por sus siglas en ingl\u00e9s) ha financiado un proyecto multi-institucional que propone un proceso alternativo al Haber-Bosch. En este proyecto trabajan los Laboratorios Nacionales Sandia, el Instituto de Tecnolog\u00eda de Georgia y la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y proponen utilizar energ\u00eda solar concentrada como \u00fanica fuente de energ\u00eda en la producci\u00f3n de amoniaco. En este proceso sostenible para la producci\u00f3n de amon\u00edaco se separan el nitr\u00f3geno del aire usando calor de energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n en lugar de los combustibles f\u00f3siles y reduciendo la presi\u00f3n necesaria para la s\u00edntesis del NH3<\/sub>. Esta tecnolog\u00eda encadena dos ciclos termoqu\u00edmicos que se dividen a su vez en dos etapas m\u00e1s como se puede ver en la Figura 1. El primer ciclo sirve para separar el nitr\u00f3geno del aire con un oxido met\u00e1lico en dos etapas. En la primera etapa se reduce t\u00e9rmicamente el \u00f3xido met\u00e1lico, liberando parte del ox\u00edgeno contenido en su estructura. Esta reacci\u00f3n de reducci\u00f3n es endot\u00e9rmica y el calor de la radiaci\u00f3n solar concentrada proporciona la energ\u00eda suficiente para que la reacci\u00f3n tenga lugar. En la segunda etapa, el \u00f3xido met\u00e1lico reducido se re-oxida en aire, consumiendo el O2<\/sub>, lo que da como resultado una corriente de N2<\/sub> de alta pureza. Una vez que se completa la reacci\u00f3n, el \u00f3xido de metal vuelve al primer paso, cerrando el ciclo.<\/span><\/p>\n

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

Figura 1: Esquema de las etapas del proceso de producci\u00f3n de amoniaco mediante ciclos termoqu\u00edmicos. Etapa 1 \u2013 reducci\u00f3n solar del \u00f3xido met\u00e1lico; Etapa 2 \u2013 separaci\u00f3n del nitr\u00f3geno del aire y reoxidaci\u00f3n del \u00f3xido met\u00e1lico; Etapa 3 \u2013 s\u00edntesis de amon\u00edaco por reacci\u00f3n de gas H2<\/sub> con un nitruro met\u00e1lico*; y Etapa 4: renitrurar el nitruro ahora deficiente en nitr\u00f3geno con el nitr\u00f3geno producido. *Tenga en cuenta que de arriba a abajo el orden de los pasos es: 1, 2, 4 y 3.<\/span><\/em><\/p>\n

El segundo ciclo produce amon\u00edaco con un nitruro met\u00e1lico en dos pasos. El primer paso es la reacci\u00f3n de s\u00edntesis de amon\u00edaco (Etapa 4). En este paso, se reduce un nitruro met\u00e1lico (se elimina el nitr\u00f3geno) con H2<\/sub>, lo que produce directamente NH3<\/sub>. En el segundo paso (Etapa 3), el nitruro met\u00e1lico deficiente en nitr\u00f3geno se vuelve a nitrurar con el N2<\/sub> purificado del primer ciclo, regenerando el nitruro. Una vez que se completa la reacci\u00f3n, el nitruro regenerado se puede volver a reducir, cerrando el ciclo, donde la entrada de reactivos ser\u00eda aire e hidr\u00f3geno y la salida ser\u00eda amoniaco y ox\u00edgeno. La investigaci\u00f3n de un nitruro de trabajo efectivo para este proceso est\u00e1 actualmente en curso.<\/span><\/p>\n

Se pretende obtener un proceso que sustituya al Haber-Bosch. Las altas presiones de Haber-Bosch incrementan el coste de todos los componentes del proceso: reactor, intercambiadores de calor, tuber\u00edas y etapas de compresi\u00f3n. Adem\u00e1s, el coste derivado de la energ\u00eda requerida en la compresi\u00f3n es significativo, representando alrededor del 20% del consumo total. Si se puede producir amon\u00edaco a presiones mucho m\u00e1s bajas, se evitan muchos costos y emisiones de CO2<\/sub>.<\/span><\/p>\n

Por otro lado, estas reacciones requerir\u00edan temperaturas m\u00e1s altas que el proceso de Haber-Bosch, que solo requiere entre 350 y 500 \u00b0C y el equipo de ASU todav\u00eda est\u00e1 trabajando en la selecci\u00f3n de materiales para este ciclo termoqu\u00edmico. El objetivo es alcanzar una temperatura cercana a los 500 \u00b0C tanto para la s\u00edntesis de amon\u00edaco como para las reacciones de renitruraci\u00f3n y un objetivo de presi\u00f3n m\u00e1xima de 30 bares. Un sistema de recuperaci\u00f3n de calor bien dise\u00f1ado puede satisfacer toda la demanda de calor reutilizando el rechazo de calor en el subproceso de producci\u00f3n de nitr\u00f3geno.<\/span><\/p>\n

Las reacciones propuestas en este proyecto (reducci\u00f3n de \u00f3xido de metal, producci\u00f3n de nitr\u00f3geno, s\u00edntesis de amon\u00edaco y renitruraci\u00f3n) se encuentran en una etapa temprana de madurez t\u00e9cnica, y el equipo de ASU ha comenzado ahora el modelado del sistema y el an\u00e1lisis termodin\u00e1mico y t\u00e9cnico-econ\u00f3mico detallado para encontrar las condiciones \u00f3ptimas de funcionamiento o el tama\u00f1o. El proyecto se ha extendido hasta finales de este 2022 y ser\u00e1 entonces cuando veamos sus primeros resultados tanto experimentales como econ\u00f3micos.<\/span><\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Alicia Bay\u00f3n, Investigadora del grupo CSIC-ECI del Programa ACES2030-CM<\/a>
\nCoordina ACES2030-CM<\/a>: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: Dr. Alberto de la Calle (Investigador Titular de ASU Lightworks\u00ae, Arizona, EE.UU.) y Dr. Alicia Bayon (Investigadora del ICP-CSIC) El amon\u00edaco (NH3) es el segundo qu\u00edmico industrial m\u00e1s producido en el mundo, siendo un componente esencial en la producci\u00f3n de fertilizantes. Su producci\u00f3n anual ronda los 180 millones de toneladas m\u00e9tricas y casi el 90% de esta producci\u00f3n se destina a satisfacer la demanda mundial de producci\u00f3n agr\u00edcola. El amon\u00edaco tambi\u00e9n se ve cada vez m\u00e1s como un combustible verde y, en algunos sectores dif\u00edciles de descarbonizar como el transporte mar\u00edtimo, ofrece muchas ventajas sobre el hidr\u00f3geno verde como combustible\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\/135238"}],"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=135238"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135238\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":135242,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135238\/revisions\/135242"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=135238"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=135238"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=135238"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}