Para descarbonizar el sector marítimo, el amoníaco (NH3) se considera una alternativa prometedora a los actuales combustibles marinos. El amoníaco tiene muchas aplicaciones; además del uso agrícola, industrial y como combustible marino, el amoníaco también puede utilizarse para el almacenamiento de energía de la electricidad producida por las energías renovables.
La cadena de suministro de amoníaco está bien establecida debido a su uso generalizado como materia prima para los fertilizantes inorgánicos que contienen nitrógeno, así como para una variedad de otros productos químicos industriales. Aprovechar los conocimientos existentes permitirá una expansión más rápida de una nueva cadena de valor del amoníaco para descarbonizar el sector marítimo con amoníaco como combustible marino.
Política de descarbonización y potencial del amoníaco como fuente de energía viable y con cero emisiones de carbono
El transporte marítimo produce alrededor de 940 millones de toneladas métricas (Mt) de dióxido de carbono (CO2) al año y es responsable de alrededor del 2,5% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (GEI). Aunque el 2,5% puede parecer un pequeño porcentaje de las emisiones mundiales, un reciente estudio de la Organización Marítima Internacional (OMI) sostiene que las emisiones del transporte marítimo podrían aumentar entre un 50% y un 250% para 2050, erosionando los objetivos del Acuerdo de París.
Producción y usos del amoníaco
La densidad energética volumétrica del amoníaco es del 150% de la del hidrógeno líquido y estas densidades de hidrógeno pueden alcanzarse en condiciones de almacenamiento casi ambientales. Además, el amoníaco tiene unos límites de explosividad en el aire inferiores a los del hidrógeno puro. Por lo tanto, el amoníaco está bien posicionado para almacenar hidrógeno y una creciente demanda de amoníaco aumentará la producción y el uso actual de NH3.
El amoníaco se clasifica según la emisión de carbono resultante de la producción en amoníaco «marrón», «gris», «azul» y «verde». El producto resultante de NH3 de los cuatro métodos de producción es el mismo independientemente de su clasificación. Los métodos de producción más sostenibles y con cero emisiones de carbono para un cambio energético limpio incluyen los métodos de producción azul y verde.
El hidrógeno «verde» se clasifica como el más limpio de los métodos de producción; ya que se produce utilizando energía renovable y electrólisis para dividir el agua. Se diferencia del hidrógeno marrón y gris, que se produce a partir del carbón y el metano, respectivamente, y del hidrógeno azul, que se produce de la misma manera que el gris, pero que también utiliza la tecnología CCS para capturar y almacenar las emisiones de CO2.
Distintos usos del amoníaco
El amoníaco puede utilizarse como:
- Como vehículo para almacenar y transportar energía química, liberando energía directamente o mediante la descomposición del amoníaco para liberar hidrógeno. El hidrógeno resultante o la combinación de amoníaco e hidrógeno reacciona entonces con el oxígeno del aire para liberar energía.
- Como combustible para el transporte mediante la combustión en motores o reaccionando químicamente con el oxígeno en una pila de combustible para producir electricidad.
- Para almacenar energía térmica capturando la energía en la transformación de los cambios de fase de sólido a líquido y a gas.
Además, la infraestructura de producción y distribución de amoníaco ya está madura a gran escala y puede adaptarse a una variedad de propósitos nuevos y prometedores, como el de combustible marino. Esta red de infraestructuras existente es un probable trampolín para el transporte general de NH3. Es probable que aumente el volumen de distribución de NH3 en forma de transporte a granel si se quiere aumentar el consumo de NH3 a nivel mundial.
El amoníaco puede utilizarse como vehículo para almacenar y transportar energía química, liberando energía directamente o mediante la descomposición del amoníaco para liberar hidrógeno. El hidrógeno resultante o la combinación de amoníaco e hidrógeno reacciona entonces con el oxígeno del aire para liberar energía.
NH3 como combustible marino, normativa e infraestructura
En la actualidad no hay ninguna normativa que aborde el uso del amoníaco como combustible, y se prevé que DNV publique una «Notación de Combustible Listo» de amoníaco no exhaustiva que entre en vigor en 2022. Como hay un proceso en curso para que la OMI defina el NH3 como combustible, actualmente no hay regulaciones para el abastecimiento de NH3.
El amoníaco tiene menos problemas relacionados con la temperatura debido a sus temperaturas de ebullición no criogénicas, su límite de explosión más alto y sus características de almacenamiento superiores, en comparación con, por ejemplo, el hidrógeno y las baterías. Los tanques de almacenamiento para el NH3 licuado plantean pocas dificultades técnicas debido a que el NH3 se encuentra en estado líquido a temperaturas inferiores a -33,6 °C a presión atmosférica y a 10 bares, el punto de condensación/ebullición es de 25 °C.
Sin embargo, es una sustancia tóxica, que puede ser letal incluso en pequeñas concentraciones. Sin embargo, todos los combustibles son peligrosos en mayor o menor medida, y el amoníaco presenta una serie de peligros diferentes a las alternativas.
Al adoptar una visión a largo plazo del NH3 como fuente de combustible, DNV prevé que «el amoníaco verde, el amoníaco azul y el bioetanol son los combustibles neutros en carbono más prometedores a largo plazo». Esto sugiere una dependencia a medio plazo del GNL; y si el amoníaco se convierte en el principal combustible para la industria naval en 2050, habrá una gran necesidad de nuevas infraestructuras de bunkering.
La infraestructura actual de amoníaco – actualmente 192 puertos en todo el mundo – no es suficiente para esta demanda; por lo que algunos puertos serán readaptados, pero habrá una necesidad sustancial de infraestructura adicional flexible y escalable. La construcción de esta infraestructura con métodos convencionales para el bunkering, como el uso de embarcaderos, representa costes e intervenciones medioambientales significativas.
Se necesita más desarrollo para el amoníaco como combustible marino
Los retos tecnológicos para un futuro con una industria naval alimentada con NH3 residen en la reducción de costes; el suministro de hidrógeno y la infraestructura. Como destaca Maersk en «Power-to-X and energy carriers for future carbon-neutral shipping»:
El principal reto no está en el mar, sino en tierra. Los cambios tecnológicos en el interior de los buques son menores si se comparan con las enormes soluciones innovadoras; y la transformación del combustible que hay que encontrar para producir y distribuir fuentes de energía sostenibles a escala mundial.
Dentro de unos años, se espera que el amoníaco pueda tanto quemarse directamente en un motor de combustión interna como utilizarse en pilas de combustible. Para su uso en pilas de combustible, el amoníaco debe ser reconstituido en hidrógeno para ser utilizado en pilas de combustible de baja temperatura.
Aunque el desarrollo y la comercialización de las pilas de combustible aún están en pañales, las pilas de combustible actuales utilizan hidrógeno almacenado en amoníaco. Como el NH3 aún no se ha adoptado como combustible marino a escala, los expertos de la industria creen que las tecnologías en desarrollo deberían demostrarse dentro de unos años.
El amoníaco puede transportarse en tres tipos de barcos diferentes, según el modo en que se almacene la carga: totalmente refrigerado (presión ambiente/50C); semirefrigerado (4-8 barg/-10C); y bajo presión (17 barg/45C). El amoníaco anhidro se suele transportar en gaseros diseñados para el petróleo licuado (GLP). Están diseñados según los requisitos del Código Internacional para Construcción y el Equipamiento de Buques que Transportan Gases Licuados a Granel (Código CIG) de 2014.
Propiedades similares a otras sustancias
El amoníaco comparte propiedades similares a las del propano como, por ejemplo, la presión de vapor saturada. Los buques de amoníaco semirrefrigerados suelen tener mayor capacidad que los buques de amoníaco presurizados. Se requieren pequeños ajustes para equipar los buques para que funcionen con amoníaco como combustible, ya que los requisitos de compatibilidad de los materiales se conocen bien y es sencillo seleccionar los materiales adecuados para evitar daños en el equipo de a bordo, las tuberías, las válvulas y otros accesorios.
También son más flexibles, por ejemplo, en lo que respecta al llenado de los buques con tanques de combustible semirefrigerados; y tienen una prima de coste limitada.
En la actualidad, la carga y descarga de las terminales a los buques que transportan amoníaco se realiza de forma segura con los procedimientos adecuados; además de una formación especializada. El NH3 es menos inflamable que otros combustibles, lo que conlleva un menor riesgo de incendio; y los riesgos de quemaduras criogénicas son menores que los del hidrógeno líquido o el gas natural licuado.
Como el gas amoníaco es tóxico y corrosivo, habrá que adoptar para el sector marítimo los principios y sistemas de seguridad existentes en toda la industria mundial del amoníaco; añadiendo sistemas de detección de gases y revestimientos de protección adecuados y resistentes a los productos químicos.
Soluciones de transferencia de amoníaco de ECONNECT Energy
El IQuay™ de ECONNECT Energy se adapta fácilmente a la transferencia segura de amoníaco a granel y con fines de bunkering. El diseño universal del sistema de transferencia IQuay permite la conexión a cualquier terminal y tipo de buque según las necesidades específicas. El sistema de transferencia flota, lo que permite un alto grado de flexibilidad y puede desplegarse rápidamente y sin el impacto medioambiental que supone la construcción de una infraestructura marina convencional.
Del mismo modo, a medida que las flotas marítimas comiencen a adaptarse al NH3 como combustible marino, se plantearán retos para satisfacer la demanda de infraestructuras de NH3. El ciclo de vida medio de los buques de carga oscila entre los 20 y los 26 años; y se espera que, a medida que los buques más antiguos se retiren, los nuevos buques de carga equipados con motores de combustión interna de amoníaco o con pilas de combustible de amoníaco sustituyan a las antiguas tecnologías de fuel pesado.
El IQuay puede permitir un aumento de la demanda de infraestructuras de NH3 para apoyar a una nueva flota de buques con motor de amoníaco.
Con el IQuay, el amoníaco puede exportarse desde las instalaciones de producción de amoníaco; importarse para fines de uso industrial, o distribuirse para fines de producción de combustible o energía; o utilizarse para el bunkering marítimo utilizando el IQuay como interfaz entre los tanques de almacenamiento y los buques.
Ventajas del bunkering de amoníaco
La transferencia de amoníaco con fines de bunkering es similar a la del GNL. El uso del IQuay como interfaz de bunkering confiere las siguientes ventajas:
- Plug & Play: Infraestructura de bunkering llave en mano cuando se combina con el almacenamiento en tierra.
- Universal: El sistema de carga puede conectarse a una gama de tamaños de buques y puede implementarse sin problemas en las terminales existentes.
- Rentable: El gasto de capital es significativamente menor que el de los buques dedicados al abastecimiento de combustible.
- Seguro: Se requieren rigurosas normas de seguridad en la manipulación; la amplia experiencia del IQuay con las estrictas normas de seguridad del sector del GNL; y las mercancías peligrosas lo convierten en la opción perfecta para el trasvase de amoníaco.
Traducción del artículo publicado por Econnect
