Crédito: International Journal of Hydrogen Energy (2025). Doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.01.039
Convertir la producción de amoníaco a un proceso de baja emisión es uno de los principales desafíos en la lucha contra el cambio climático. El amoníaco, uno de los productos químicos más producidos en todo el mundo, es esencial para la industria de fertilizantes y, a su vez, la producción de alimentos a base de plantas. Sin embargo, su producción es costosa y causa altas emisiones.
Un equipo de investigación de Forschungszentrum Jülich, la Universidad Técnica de Munich, y la compañía química Linde Engineering han realizado un estudio que simula cómo necesitaría ser un reactor para producir amoníaco de manera rentable y amigable con el medio ambiente, es decir, basado en energía renovable. Los resultados ahora se han publicado en el International Journal of Hydrogen Energy.
Amoníaco como una amenaza para el clima
Según la British Royal Society, la producción global de amoníaco genera alrededor de 500 millones de toneladas métricas de CO₂ anualmente. Esto es equivalente a las emisiones anuales de CO₂ de Alemania y alrededor del 1.8% de las emisiones globales. La razón principal de esto es que la síntesis de amoníaco convencional requiere hidrógeno, que hasta ahora se ha obtenido casi exclusivamente del gas natural, un proceso que libera grandes cantidades de CO₂.
El amoníaco verde ofrece una alternativa amigable con el clima aquí: el hidrógeno (H2) requerido no se obtiene del gas natural, sino del agua a través de la electrólisis. El agua se divide en oxígeno (O2) e hidrógeno usando electricidad de energía renovable. El hidrógeno resultante reacciona con nitrógeno (N2) desde el aire para formar amoníaco (NH₃) usando el proceso Haber -Bosch.
El problema es que la electricidad de la energía eólica y solar no está continuamente disponible. Como resultado, la electrólisis no suministra constantemente la misma cantidad de hidrógeno: el suministro del sistema fluctúa, por lo tanto, fluctúa. Para que una planta de amoníaco responda de manera flexible a estas fluctuaciones, debe poder aumentar su producción hacia arriba o hacia abajo, es decir, debe ser flexible.
Sin embargo, los sistemas convencionales están diseñados para una operación continua y consistente. Los cambios de carga rápida conducen a severas fluctuaciones de presión dentro de los reactores y tuberías. Esto coloca una fuerte tensión mecánica en los componentes. Para resistir esta tensión a largo plazo, el aparato tendría que construirse con paredes más gruesas y materiales más robustos. Esto aumentaría considerablemente los costos y haría que la construcción sea mucho más compleja.
Y aquí es precisamente donde entra el nuevo estudio. Muestra cómo estas fluctuaciones de presión pueden reducirse con un sistema de control inteligente. Esto a su vez reduce los requisitos impuestos sobre la estabilidad mecánica de las plantas.
Nueva solución para viejas fluctuaciones
“Para que el amoníaco verde contribuya a la lucha contra el cambio climático, los costos deben ser competitivos”, dice el profesor Andreas Peschel, director del Instituto Forschungszentrum Jülich para una economía de hidrógeno sostenible y coautor del estudio.
Según el estudio, esto se puede lograr con un nuevo tipo de controlador de presión en lo que se conoce como bucle de amoníaco. Este paso de producción asegura que los gases de reacción no utilizados como el hidrógeno y el nitrógeno se vuelvan a alimentar al proceso. Según las simulaciones del equipo, el control flexible de este bucle permite que los cambios de carga se logren a alta velocidad y con fluctuaciones de baja presión.
La producción de producción se puede cambiar en un 3% en un minuto, una velocidad que no es posible con las plantas de gas natural actual. Esto significaría que los amortiguadores más pequeños y las paredes más delgadas para los componentes del sistema serían suficientes en el futuro, lo que reduciría los costos de los materiales.
En un estudio anterior, el equipo presentó un tipo de reactor con operación flexible. El siguiente paso ahora se seguirá en Forschungszentrum Jülich, plantas de piloto que demuestran el nuevo sistema de control de presión y la alta dinámica de carga en condiciones realistas.
Más información: Steffen Fahr et al, simulación dinámica de una planta Haber-Bosch altamente flexible, International Journal of Hydrogen Energy (2025). Doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.01.039
Proporcionado por el centro de investigación Juelich
Cita: Nuevas perspectivas para el amoníaco verde: el estudio proporciona un plan para la planta de producción flexible de carga (2025, 2 de junio) Recuperado el 2 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-prospects-green-ammonia-blueprint-fllexible.html
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