martes, 30 de noviembre de 2021

Amoniaco "verde" y fertilizantes

No soy muy de utilizar el calificativo "verde". Me pasa como con todo lo que lleva el prefijo "sin". Me parecen herramientas perversas del marketing. Aún y así, en este Blog hemos hablado de plásticos "verdes", hidrógeno "verde", catalizadores "verdes", etcétera. Pues hoy toca hablar del amoniaco "verde" que, en los últimos tiempos, aparece mucho en artículos y publicaciones relacionadas con el progresivo abandono de tecnologías que necesiten del uso de combustibles fósiles y emitan CO2 a la atmósfera. El asunto del amoniaco en un mundo que busca esa descarbonización tiene varias derivadas, porque implica hablar no solo de su producción de cara a la obtención de fertilizantes sino, y esto quizás sorprenda a alguien, en su empleo incluso como combustible. Pero tiempo habrá de volver sobre esto último.

Puestos a descarbonizar el mundo habría que centrarse, sobre todo, en eliminar la quema de combustibles fósiles que mueve el transporte por tierra, mar y aire, emitiendo CO2. O los combustibles a los que pegamos fuego como forma de obtener energía para calentar nuestros edificios o todo lo que algunos sectores industriales necesitan calentar. En este último caso, piénsese, por ejemplo, en los distintos procesos de fundición de metales o en la producción de cemento. Para tener alternativas a todo ello necesitamos aún de un largo trabajo, por mucho que algunos dirigentes políticos no lo expliquen con claridad.

Pero, además, hay emisiones importantes de CO2 que tienen que ver con el propio proceso de producción de materiales y sustancias fundamentales para nuestro modo de vida. La fabricación de cemento, de nuevo, es un buen ejemplo. Un proceso que empieza con el calentamiento a más de 1300ºC de carbonato cálcico (caliza) y arcilla para obtener lo que los técnicos llaman clinker. En ese proceso el carbonato cálcico se descompone y produce óxido de calcio sólido y CO2, que se suma así al que se genera como consecuencia de calentar el horno a esas elevadas temperaturas.

También se genera (y se emite) CO2 en muchos procesos ligados a la industria química, siendo el caso del amoniaco (NH3) el más significativo. A lo largo y ancho de todo el mundo, más de 170 millones de toneladas de amoniaco son fabricadas cada año y más del 80% de esa producción se emplean en la obtención de fertilizantes como el nitrato amónico o la urea (el resto se usa en explosivos, plásticos, productos de limpieza,....). Tanto los fertilizantes arriba mencionados como el propio amoniaco, que se usa como tal en países como USA y Canadá ya en forma gaseosa o mezclado con agua, han sido y están siendo fundamentales en la labor de alimentar a la creciente población mundial.

Los humanos (y otros seres vivos) necesitamos aminoácidos y proteínas para que nuestro cuerpo funcione. En esas moléculas hay nitrógeno, una parte importante del cual (lo que depende mucho de  nuestro tipo de alimentación) lo conseguimos comiendo plantas. Esas plantas consiguen el nitrógeno a través de sus raíces, merced a compuestos nitrogenados existentes en el suelo. Si no los reponemos con fertilizantes naturales (restos de plantas, purines, guano, etc.) o fertilizantes de síntesis, la tierra se agota en esos nutrientes y las plantas no crecen.

Aunque en el aire hay todo el nitrógeno que queramos, ni nosotros ni la inmensa mayoría de las plantas somos capaces de convertir ese nitrógeno en algo utilizable por nuestros organismos. Hay estimaciones que valoran en más de tres mil millones de almas las que no podrían hoy sobrevivir si unos químicos alemanes llamados Fritz Haber y Carl Bosch, no hubieran conseguido, a principios del siglo XX, "fijar" el nitrógeno de la atmósfera, haciéndolo reaccionar con hidrógeno y transformándolo en otra molécula sencilla, el amoniaco. Sin su ayuda, la tierra estaría literalmente agotada en nutrientes con nitrógeno si, usando sólo fuentes de nitrógeno "naturales", tuviera que suministrar la dieta de casi ocho mil millones de humanos.

Pero desde la perspectiva actual, mas de cien años después de su implantación, el proceso Haber-Bosch está en el punto de mira de nuestras urgentes pretensiones de descarbonización. La producción de amoniaco gracias a dicho proceso no es "verde", ya que la síntesis de los 170 millones de toneladas de ese compuesto genera una gran cantidad de CO2. Se estima que, actualmente, la producción de amoniaco supone el 1,8% de las emisiones totales de dióxido de carbono. Algo que puede parecer un pequeño porcentaje, pero no es poco si consideramos que se trata de uno solo de los muchos procesos industriales que pueblan nuestra actividad. De hecho, junto con la producción de acero, de cemento (ya citado) y de etileno, el proceso de obtención de amoniaco es uno de los cuatro "grandes" entre los procesos industriales que mas CO2 mandan a la atmósfera.

Y, como en el caso del cemento, lo hace por dos motivos. Por un lado, la reacción del nitrógeno con el hidrógeno para dar amoniaco necesita de temperaturas y presiones elevadas para que se obtenga un rendimiento razonable, lo que a día de hoy implica el uso de energía derivada de la quema de combustibles fósiles para conseguirlo. Pero también, y sobre todo, porque para llevar a cabo el proceso necesitamos disponer, antes que nada, de la materia prima de la reacción, esto es, nitrógeno e hidrógeno. El primero es fácil porque está en el aire en cantidades inagotables pero no es el caso del hidrógeno, que no está como tal en la Tierra sino en forma de compuestos como el agua o los hidrocarburos.

Y de hecho, el 80% de las emisiones de CO2 atribuibles al proceso de Haber-Bosch no provienen del propio proceso, sino de la necesidad previa de disponer de hidrógeno que, en la actualidad, se obtiene casi en su totalidad a partir de la reacción del metano (contenido en el gas natural) con vapor de agua, produciendo el hidrógeno buscado y CO2 como subproducto. Con esta precisión entenderéis bien por qué andan ahora los agricultores tan alterados con la subida de precio de los fertilizantes. La razón no es otra que la subida en el precio del gas natural, que conlleva subidas en el precio del hidrógeno, en el precio del amoniaco y, al final, en los fertilizantes.

El hidrógeno así obtenido se suele denominar hidrógeno marrón, por aquello de que es un producto derivado de un proceso "sucio" que contamina la atmósfera con CO2. El llamado hidrógeno azul está basado en el mismo proceso pero procurando capturar el CO2 resultante del mismo, una tecnología aún en fase de desarrollo denominada Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS en inglés) que consume importantes cantidades de energía. Si esa energía la sacamos de la quema de combustibles fósiles sería la pescadilla que se muerde la cola, al volver a producir CO2. Y finalmente el hidrógeno "verde" que implicaría obtener el hidrógeno a partir de la llamada electrolisis o descomposición del agua en sus elementos hidrógeno y oxígeno que, de nuevo, requiere energía en cantidades respetables.

Y solo si esa energía (o la de la CCS) la sacamos de una potencial combinación de energías sin emisiones de CO2 como la nuclear, la eólica, la luz del sol (fotovoltaica), los pantanos (hidroeléctrica) o las enormes cantidades de energía acumuladas en volcanes y en el interior de la tierra (geotérmica), podremos bautizar al hidrógeno como "verde". Y, consiguientemente, podría utilizarse en la síntesis de un amoniaco "verde" o casi (que no todo es tan sencillo como lo he resumido).

La última idea, sin embargo, no es ciencia ficción. Iberdrola y Fertiberia han lanzado a bombo y platillo su colaboración en un proyecto que debería empezar a funcionar pronto en Puertollano (Ciudad Real), donde Iberdrola invertiría en una "granja" solar para producir electricidad que, en parte, emplearía en obtener oxígeno e hidrógeno descomponiendo agua por electrolisis. Para obviar el problema de la intermitencia (las celdas solares solo producen electricidad de día y si hay sol) instalarían también una batería como forma de acumular la energía sobrante en días de sol y usarla cuando no hay sol. Fertiberia usaría el hidrógeno así obtenido para fabricar amoniaco y el oxígeno para fabricar ácido nítrico, utilizando también la energía proveniente de la granja solar. Ambos compuestos químicos se usarían después para fabricar nitrato amónico, un fertilizante habitual. Un diagrama ilustrativo de las diferentes implicaciones del proyecto lo podéis ver aquí.

Por supuesto, esto es sólo un pequeño paso que no va a cambiar radicalmente el panorama. La nueva instalación solo produciría alrededor de 720 toneladas de hidrógeno "verde" al año, lo suficiente como para producir aproximadamente 4.000 toneladas de amoníaco "verde", el 2% de la capacidad total de la planta de Puertollano que es de 200.000 toneladas/año. Pero por algo hay que empezar.

6 comentarios:

neggris dijo...

https://youtu.be/vf5EWmIKOKI

Allí les dejo algo de mi país respecto al tema
Saludos

Aurora Ruiz Galán dijo...

Cada vez que veo proyectos de obtención de hidrógeno a gran escala -como reactivo de una síntesis, en este caso, o como combustible, en el caso del trasporte- se me pone mal cuerpo. Como bien dices: el hidrógeno no está como tal en la Tierra sino en forma de compuestos como el agua o los hidrocarburos. Y no está porque en cuanto aparece como tal se desvanece, se va fuera de la Tierra. Es decir, si se produce hidrógeno como tal hay que tenerlo encerradísimo para que no se vaya. Pero, ¿qué dispositivo real tiene ciento por ciento de rendimiento? Siempre se escapará algo. Nos iremos quedando sin hidrógeno, es decir sin agua. Tanto más rápidamente cuanto mayor sea la escala a la que se obtiene el hidrógeno como tal. Así de pesimista veo yo lo que llaman verde.

Yanko Iruin dijo...

Gracias neggris. Espero que alguno de mis seguidores vea el documental. El caso de Costa Rica es como para conocerlo. Aunque también es verdad que la transición a la descarbonización depende mucho de las posibilidades de cada país. Y en el caso de Costa Rica, ha sido muy afortunada en sus recursos naturales.

Yanko Iruin dijo...

Gracias Aurora. Yo tampoco soy muy optimista sobre alternativas como el hidrógeno o el propio amoniaco. Quizás es que ya soy muy mayor y tengo una cierta sensación de que no me queda tiempo para ver grandes "mutaciones" en el sistema energético. Pero mientras tanto, procuro estar atento a todo lo que se mueve. Hace ya veinte años que leí a Rifkin sobre la economía del hidrógeno. Luego asistí a una charla suya en Donosti. Y, ciertamente, poco hemos avanzado en lo que entonces él propugnaba. Igual nació antes de tiempo.

RicardM dijo...

Hola Yanko. Excelente artículo. El mes pasado apareció este post en NeoFronteras https://neofronteras.com/?p=7571
Habla de un sistema para producir amoniaco a temperatura ambiente a partir del nitrógeno y el hidrógeno. Una vez solventada la poducción del hidrógeno via electrolisis del agua, con energia fotovoltaica, si le sumamos esta alternativa al proceso Haber-Bosch tendríamos algo bastante parecido al amoniaco "verde". El problema son los años que aún quedan para desarrollar estas tecnologías, porque ideas no faltan...
Saludos cordiales.

Cristina dijo...

Siempre un placer leerlo! Yo tambien soy un poco pesimista.

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