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ENERGÍA. El amoníaco puede ser la clave para transportes ecológicos a larga distancia

 

Ahora se están realizando investigaciones con amoníaco como combustible para el transporte marítimo de larga distancia. La solución puede generar cero emisiones de gases de efecto invernadero. Fuente: Shutterstock

Es cada vez más evidente que el  tiene el potencial de ser un  alternativo muy conveniente y viable para su uso en una variedad de aplicaciones.

En primer lugar, el amoníaco se puede producir de manera respetuosa con el medio ambiente, ya sea mediante el uso de fuentes de energía renovables o, alternativamente, a partir del refinado de gas natural mediante la incorporación de captura y almacenamiento de carbono (CAC) en un  bien establecido que se adapta perfectamente a la CAC.

Además, el amoníaco permanece líquido a temperatura ambiente y presiones moderadas, por ejemplo, en cilindros de gas ordinarios. En comparación, el hidrógeno alternativo respetuoso con el clima necesita una temperatura por debajo de menos 253 grados Celsius y una infraestructura significativa para garantizar que permanezca líquido.

Finalmente, ya contamos con instalaciones de producción y redes de distribución en buen funcionamiento disponibles para el amoníaco. Por lo tanto, sería relativamente sencillo adoptarlo como combustible en todo el mundo.

Almacena un 50 por ciento más de energía por metro cúbico que el hidrógeno

El amoníaco tiene varias propiedades clave que lo convierten en una alternativa de combustible ecológico obvia para la industria del transporte marítimo en un contexto en el que la huella y el almacenamiento a granel son valiosos. En realidad, un metro cúbico de amoníaco líquido proporciona aproximadamente un cincuenta por ciento más de energía que el mismo volumen de hidrógeno líquido.

La mayor desventaja del amoníaco es que las personas pueden encontrar inquietantes incluso las pequeñas fugas debido a su olor desagradable y penetrante y al efecto irritante que tiene en nuestras membranas mucosas. Además, como ocurre con muchas otras sustancias químicas, la exposición a altas concentraciones de amoníaco durante períodos prolongados es letal.

Por estas razones, los investigadores creen que el amoníaco es más adecuado para su uso en buques de carga u otros buques sin pasajeros y operados por tripulaciones profesionalesLa experiencia ya está disponible, gracias a una gran flota de buques frigoríficos que utilizan amoníaco para la refrigeración de alimentos perecederos o buques cisterna que transportan el propio amoníaco como carga principal.

Además, debido al uso ya generalizado de amoníaco en la agricultura, también se prevé que algunas máquinas y herramientas agrícolas puedan funcionar con amoníaco en un futuro relativamente cercano, dada la utilización específica en el campo abierto y con poca gente.

Actualmente, el 90 por ciento de todos los buques portacontenedores se alimentan con fueloil pesado (HFO). En un viaje largo, un barco grande puede emitir alrededor de 5.700 toneladas de CO2 . La  de fuelóleos pesados ​​también emite grandes cantidades de contaminantes como óxidos de nitrógeno (NO x ) y azufre (SOx), así como partículas de hollín y otras sustancias químicas nocivas para los seres humanos, los animales y el medio ambiente.

En comparación, tal viaje produciría casi cero emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes si se usara amoníaco para alimentar un motor rediseñado apropiadamente.

El calor residual del motor puede jugar un papel clave

Debido a que el amoníaco puro no se quema bien y es difícil de encender, los investigadores proponen utilizar el calor residual del proceso de combustión para descomponer parcialmente el amoníaco. La molécula de amoníaco consta de un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno. Su descomposición parcial es fácil de obtener a temperatura moderada (~ 400 Celsius) y da como resultado un combustible que consta de amoníaco, nitrógeno e hidrógeno.

El contenido de hidrógeno del combustible ayuda a iniciar el proceso de combustión y lo acelera para asegurar el consumo completo del combustible disponible (eficiencia de combustión). En última instancia, esto proporciona propulsión a través del conocido proceso térmico del motor de combustión interna que explota grandes volúmenes de aire libremente disponible del entorno para aumentar la  .

El hecho de que el medio de trabajo en el proceso de combustión sea el aire hace que la ampliación del proceso sea relativamente simple y económica, y adaptable incluso a los buques de carga más grandes. La ampliación es más difícil en el caso de embarcaciones que funcionan con baterías o pilas de combustible.

El potencial de ampliación hace que el concepto sea perfecto para embarcaciones más grandes que en la actualidad a menudo se alimentan con combustible pesado contaminante, según investigadores de SINTEF

A diferencia del proceso electroquímico en pila de combustible, que también es una opción interesante en barcos más pequeños, todos los ciclos de potencia térmica, incluido el motor de combustión interna, explotan eficazmente el fluido de trabajo -aire- en toda su extensión, en lugar de solo su fracción de oxígeno (alrededor del 22 por ciento).

Comparación con gas natural e hidrógeno

La investigación muestra que, en condiciones de funcionamiento relevantes, el hidrógeno puro es demasiado reactivo como combustible y tiende a encenderse demasiado pronto, mientras que el amoníaco no se enciende fácilmente ni se quema lo suficientemente rápido.

Por lo tanto, ninguno de estos combustibles es adecuado para motores de combustión interna. Sin embargo, al hacer uso del calor residual del motor de un barco que a menudo se acaba de desechar, el amoníaco se puede descomponer parcialmente a bordo, lo que da como resultado una mezcla de combustible de amoníaco, hidrógeno y nitrógeno.

Un proceso de este tipo es muy conveniente por dos razones: en primer lugar, se  del motor para mejorar el contenido energético del combustible, mejorando así la eficiencia general del ciclo del motor. En segundo lugar, las propiedades de combustión de la nueva mezcla de combustible de amoníaco, hidrógeno y nitrógeno se vuelven muy similares a las del gas natural "estándar".

Esto es importante porque significa que, en principio, podría ser posible adaptar los motores ya desplegados en la flota existente para quemar una mezcla de combustible libre de carbono.

Los motores de gas ya están en el mercado, a la espera de que los investigadores hayan obtenido datos precisos para guiar el rediseño de los motores existentes para que funcionen con amoníaco respetuoso con el clima. Estos cálculos ayudarán en el camino hacia la eliminación gradual del villano climático, los fuelóleos pesados, de la industria del transporte marítimo.

Resolviendo el enigma de la combustión turbulenta

Las Simulaciones Numéricas Directas (DNS) se realizan normalmente como cálculos masivamente paralelos utilizando miles de nodos informáticos y decenas de miles de procesadores. Al realizar estas simulaciones, los investigadores han utilizado recursos informáticos de un orden inigualable en un contexto noruego.

En la práctica, los investigadores simulan cómo reaccionan entre sí docenas de especies químicas en cientos de reacciones elementales, en un proceso de combustión turbulento para diferentes tipos de combustibles.

Lo que ya sabemos es cómo una determinada combinación de combustible y aire arde en un flujo imperturbable y sin turbulencias. Sin embargo, la turbulencia ocurre como un hecho ineludible en cualquier aplicación práctica del proceso de combustión. Es fundamental obtener información adicional y más precisa sobre esto para optimizar los motores con respecto a la utilización de combustible y la reducción de emisiones. 

Los investigadores esperan que este concepto brinde oportunidades a la industria noruega y permita una transición verde más rápida en el mar.

Noruega se encuentra en una posición particularmente ventajosa para establecer una cadena de valor basada en el amoníaco. Geográfica e históricamente son una nación marítima y sus sectores de producción de amoníaco y envío comercial existen desde hace más de un siglo. Además, disponen de importantes recursos naturales en forma de abundante energía eólica y  que, con la ayuda de la captura y almacenamiento de carbono (CAC), pueden contribuir a la producción de amoníaco limpio. También fabrican motores de última generación para aplicaciones marinas.

Fuente: Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología

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