La primera pila de combustible de alta temperatura del mundo alimentada con amoníaco para el transporte marítimo
Cuando se utiliza como combustible para barcos con motores eléctricos, el amoníaco es tan ecológico como el hidrógeno, pero más fácil y seguro de manejar
Cada año se emiten cientos de millones de toneladas de dióxido de carbono a través del transporte marítimo, causando graves daños al clima. Mientras los científicos de todo el mundo prueban nuevos métodos de propulsión capaces de sustituir al fuel en los barcos, los investigadores de Fraunhofer trabajan en el marco de un consorcio internacional para desarrollar pilas de combustible a base de amoníaco. Cuando se utiliza como combustible para barcos con motores eléctricos, el amoníaco es tan ecológico como el hidrógeno, pero más fácil y seguro de manejar.
El buque de la compañía naviera Eidesvik, el Viking Energy, será el primer barco del mundo equipado con una pila de combustible de amoníaco.
© Eidesvik
El amoníaco se divide en nitrógeno e hidrógeno en el cracker de amoníaco. Este último se quema en la pila de combustible para generar electricidad. El convertidor catalítico garantiza que no se produzcan óxidos de nitrógeno perjudiciales. Los únicos productos finales son el agua y el nitrógeno.
© Fraunhofer
En la actualidad, el hidrógeno es el principal foco de atención en el ámbito de la energía sostenible: existen planes para utilizar el hidrógeno como combustible para autobuses, vehículos comerciales e incluso coches. Sin embargo, el Instituto Fraunhofer de Microingeniería y Microsistemas IMM de Maguncia está trabajando en otra posibilidad prometedora. En el marco del proyecto ShipFC, el Instituto Fraunhofer colabora con 13 socios europeos en el desarrollo de la primera pila de combustible del mundo basada en el amoníaco para la navegación. Los investigadores de Fraunhofer se encargan de desarrollar el convertidor catalítico, que evita la producción de emisiones que dañarían el clima.
El transporte marítimo es uno de los principales responsables de las emisiones de gases de efecto invernadero. Según datos de la Agencia Alemana de Medio Ambiente (UBA), el transporte marítimo en los océanos del mundo es actualmente responsable de aproximadamente el 2,6% de las emisiones mundiales de CO2. En 2015, se emitieron unos 932 millones de toneladas de CO2, y esta cifra aumenta cada año. Está claro que se necesitan urgentemente contramedidas.
El proyecto ShipFC pretende demostrar que la nueva tecnología de propulsión sin emisiones funciona de forma segura, fiable y sin problemas, incluso en buques de gran tamaño y en viajes largos. El proyecto está coordinado por NCE Maritime Cleantech de Noruega, una organización que pretende desarrollar tecnologías ecológicas en el sector marítimo.
Las ventajas del amoníaco
El amoníaco es conocido principalmente por su uso como fertilizante en el sector agrícola. Sin embargo, también puede funcionar como portador de energía de alta calidad. El profesor Gunther Kolb, director de la división de energía y subdirector del instituto en el IMM, explica: "El amoníaco tiene importantes ventajas sobre el hidrógeno. El hidrógeno tiene que almacenarse a -253 grados Celsius como líquido, o a presiones de unos 700 bares como gas. El amoníaco líquido puede almacenarse a una temperatura razonable de -33 grados Celsius a presión estándar, y a +20 grados Celsius a 9 bares. Esto hace que el almacenamiento y el transporte de este portador de energía sean considerablemente más fáciles y sencillos".
Cómo funcionan la pila de combustible y el catalizador
El proceso de generación de electricidad a partir del amoníaco funciona de forma similar al de las centrales eléctricas de hidrógeno. En primer lugar, el amoníaco (NH3) se introduce en un reactor de fisión, donde se divide en nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2). El 75% del gas está formado por hidrógeno. Una pequeña cantidad de amoníaco (NH3, 100 ppm) no se convierte y queda en la corriente de gas.
En segundo lugar, el nitrógeno y el hidrógeno se introducen en la pila de combustible y se introduce aire, lo que permite que el hidrógeno se queme y forme agua. Esto produce energía eléctrica. Sin embargo, el hidrógeno no se convierte completamente en la pila de combustible. Alrededor de un 12% del hidrógeno y algo de amoníaco residual salen de la pila de combustible sin quemarse. Este residuo se introduce en el convertidor catalítico desarrollado por Fraunhofer IMM. Aquí se introduce aire y el residuo entra en contacto con una lámina metálica ondulada recubierta con una capa de polvo de partículas catalíticas que contienen platino. Esto desencadena una reacción química. Al final, los únicos productos finales son agua y nitrógeno. Un proceso de reacción óptimo ni siquiera producirá óxidos de nitrógeno perjudiciales para el medio ambiente.
El equipo de investigación del IMM también está desarrollando el reactor que contiene el catalizador, que funciona de forma pasiva. El reactor controla la temperatura y el flujo de gas. Por ejemplo, precalienta el catalizador antes de que los motores se pongan en marcha, ya que es menos eficiente cuando está frío. "La temperatura de los gases que fluyen a través del catalizador debería estar en torno a los 500 grados centígrados para que el proceso de purificación de los gases residuales sea lo más eficiente posible", explica Kolb.
Los investigadores del Fraunhofer IMM tienen décadas de experiencia en el desarrollo de reactores que incluyen catalizadores para una amplia variedad de aplicaciones en el sector del transporte y la movilidad. El instituto de Maguncia cuenta con nueve bancos de pruebas, pero la purificación de los gases residuales de las pilas de combustible de amoníaco con una capacidad de 2 megavatios sigue siendo un reto tecnológico. "Tenemos que seguir desarrollando nuestra actual tecnología de pilas de combustible de amoníaco, y el catalizador de un barco es obviamente mucho más grande que el de un coche normal", dice Kolb.
El estado del proyecto
El equipo de IMM tiene previsto completar un primer prototipo pequeño para finales de 2021, al que seguirá un prototipo de tamaño real para finales de 2022. En el segundo semestre de 2023 saldrá a la mar el primer barco con una pila de combustible alimentada con amoníaco: el Viking Energy, un buque de suministro propiedad de la naviera noruega Eidesvik. Después, otros tipos de buques, como los de carga, se equiparán con pilas de combustible de amoníaco.
El potencial del amoníaco para el futuro
El amoníaco lo suministra YARA, socio del consorcio ShipFC. Esta empresa química produce actualmente un tercio del amoníaco que se utiliza en todo el mundo. El proyecto ShipFC utiliza amoníaco "verde", es decir, producido a partir de fuentes de energía renovables.
ShipFC está abriendo grandes oportunidades para un portador de energía hasta ahora infravalorado. El investigador de IMM Gunther Kolb lo explica: "Vemos el amoníaco no como un competidor directo del hidrógeno, sino como una opción adicional en el ámbito de la energía sostenible. Con sus ventajas de almacenamiento, esta tecnología respetuosa con el medio ambiente para la generación de energía tiene sin duda un papel que desempeñar. Su uso en los barcos es sólo el principio".
El potencial del amoníaco también ha sido reconocido a nivel político, ya que la Unión Europea ha aportado 10 millones de euros de ayuda financiera al proyecto ShipFC.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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