Implementar la transición energética es un gran desafío para todos los sectores de la industria que utilizan grandes cantidades de combustibles fósiles, como el transporte, la logística y la industria de producción. Actualmente, las necesidades energéticas de estos sectores se satisfacen principalmente con combustibles fósiles, que deben sustituirse por electricidad o combustibles renovables.

Los investigadores de Fraunhofer IMM en Maguncia están trabajando en el suministro y almacenamiento móvil y descentralizado de energía eléctrica a partir de fuentes sostenibles. El Dr. Gunther Kolb, jefe de la división de Energía y subdirector del instituto Fraunhofer IMM, explica: "Una alternativa a los combustibles fósiles son los combustibles power-to-X, que se sintetizan a partir del hidrógeno basado en electrólisis. El combustible de potencia a X más importante es actualmente el hidrógeno mismo. Sin embargo, antes de que el hidrógeno pueda ser utilizado como fuente de energía de forma generalizada, todavía hay considerables obstáculos que deben superarse en términos de su transporte y almacenamiento. Estos incluyen altos requisitos de espacio para su almacenamiento u otras condiciones energéticamente desfavorables. El amoniaco (NH3) podría convertirse en una solución alternativa para permitir que el hidrógeno requerido se almacene y transporte con facilidad".

Ventajas del amoniaco sobre el hidrógeno

Hasta la fecha, el amoniaco se ha conocido principalmente como material de origen para fertilizantes agrícolas. Sin embargo, también es un portador de energía de alta calidad, particularmente como medio de almacenamiento de hidrógeno. "Debido a que el amoniaco se puede licuar a una temperatura moderada de -33 °C, su contenido de hidrógeno volumétrico es significativamente mayor que el del hidrógeno comprimido a 700 bar. En comparación con el hidrógeno, el amoniaco licuado facilita el transporte de grandes volúmenes a donde sea necesario. Debido a que el hidrógeno producido a partir de amoniaco no contiene óxidos de carbono ni metano, también está libre de gases de efecto invernadero", explica Kolb.

Gas craqueado verde como gas combustible en la producción de ladrillos

La conversión de hidrógeno en amoniaco es una opción viable para utilizarlo como fuente de energía tanto in situ para procesos industriales a gran escala como de forma descentralizada en el sector logístico. Sin embargo, el amoniaco no es muy adecuado para generar energía a través de la combustión, ya que es prácticamente incombustible en el aire.

"En un reactor de craqueo, el amoniaco se puede dividir en nitrógeno e hidrógeno cuando se aplican catalizadores adecuados. Una mezcla de amoniaco, hidrógeno y nitrógeno es adecuada para la combustión homogénea y se puede utilizar como fuente de energía, conocida como 'Spaltgas'", dice Kolb. Como parte del proyecto Spaltgas, los investigadores de Fraunhofer IMM y sus socios están desarrollando una tecnología de combustión para esta mezcla de gases que se utilizará en el proceso de cocción de ladrillos. De esta manera, el amoniaco del hidrógeno producido a través de la electrólisis se puede utilizar para hacer que todo el proceso de fabricación de ladrillos esté libre de dióxido de carbono.

Amoniaco como fuente de hidrógeno para unidades de pila de combustible

El amoniaco también se puede utilizar para suministrar hidrógeno a vehículos terrestres. Se puede convertir en hidrógeno directamente en la estación de servicio utilizando plantas descentralizadas. Esto elimina la necesidad de transportar hidrógeno comprimido y licuado, un proceso costoso y complejo. Con este fin, Fraunhofer IMM está desarrollando un reactor de craqueo basado en tecnología innovadora de catalizadores y tecnología de reactor microestructurado. En este reactor, el hidrógeno puro se produce a partir del amoniaco a través del craqueo y la posterior purificación, que luego se inyecta en las celdas de combustible PEM. Por lo tanto, el hidrógeno para su uso en vehículos de pila de combustible se puede producir de forma sostenible directamente en la estación de servicio a partir de amoniaco.

"Al utilizar el gas residual de la adsorción por oscilación de presión (PSA aplicado para la purificación de hidrógeno) como fuente de energía para el proceso de craqueo, podemos lograr una eficiencia del 90 por ciento en comparación con el 70 por ciento que se logra cuando se aplican tecnologías convencionales. Además, nuestro reactor AMMONPAKTOR es mucho más compacto que los reactores convencionales, lo que significa que hemos logrado una reducción de tamaño del 90 por ciento. Esto es particularmente importante para aplicaciones móviles y con limitaciones de espacio. Finalmente, nuestra tecnología tiene una menor huella de carbono en comparación con los conceptos de reactores calentados eléctricamente porque utilizamos los gases de escape del proceso de craqueo para generar la energía requerida y no otras fuentes", explica Kolb.

El reactor AMMONPAKTOR de Fraunhofer IMM, financiado por el Estado de Renania-Palatinado con fondos FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional), es también el reactor más eficiente a escala internacional. Incluso en su primera generación, el reactor de craqueo alcanzó la segunda tasa de producción de hidrógeno específico más alta jamás publicada. El reactor de craqueo de segunda generación, que actualmente se encuentra en proceso de fabricación y tiene un rendimiento de 25 kg / hora de amoniaco, produce 70 kilos de hidrógeno purificado por día.

Además de suministrar hidrógeno a los vehículos terrestres, el amoniaco también es de interés para los sistemas de propulsión marítima porque en este sector no ha sido posible alcanzar los objetivos de reducción de CO2 utilizando combustibles convencionales y existen numerosas aplicaciones donde el hidrógeno comprimido o licuado no se puede utilizar como alternativa. De la misma manera que con los reactores Spaltgas, el amoniaco parcialmente agrietado se puede quemar en motores (de barcos). Además, como parte del proyecto ShipFC, Fraunhofer IMM está colaborando con 13 socios del consorcio europeo para desarrollar el primer sistema del mundo de pila de combustible basado en amoniaco para aplicaciones marítimas.