Investigadores coreanos han desarrollado el primer motor de 2 litros alimentado con amoníaco del mundo > podría usarse en vehículos, barcos, aviones y generadores de energía industriales

Este motor puede inyectar amoníaco directamente en la cámara de combustión a alta presión y es una fuente de energía renovable y sin emisiones de carbono. Podría utilizarse en vehículos, barcos, aviones y generadores de energía industriales.

• Tecnología pionera: Inyección directa de amoníaco puro a alta presión.
• Ventajas: Mayor potencia, eficiencia térmica y menos emisiones (NOx, amoníaco no quemado).
• Sostenibilidad: Cero emisiones de CO₂; más práctico que el hidrógeno.
• Aplicaciones: Vehículos, barcos, aeronaves y generadores.
• Futuro: Base para la transición energética y economía del hidrógeno.

Desarrollo de un motor de 2 litros alimentado con amoníaco: Una innovación energética de cero emisiones

Un motor de 2 litros que utiliza amoníaco como fuente de energía renovable y libre de carbono ha sido desarrollado, marcando un avance revolucionario en el sector energético.

Esta tecnología promete ser una plataforma base para aplicaciones diversas, incluyendo vehículos, barcos, aeronaves y generadores de energía industrial.

El Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales (KIMM, por sus siglas en inglés), bajo la dirección de Seog-Hyeon Ryu y dependiente del Ministerio de Ciencia y TIC de Corea del Sur, anunció la creación del primer motor del mundo capaz de inyectar directamente amoníaco en la cámara de combustión a alta presión. Este proyecto se desarrolló en colaboración con el Centro de Ingeniería de Electrificación de Hyundai Motor y Kia.

Innovaciones tecnológicas del motor

• Inyección de alta presión: El motor utiliza tecnología de inyección de líquido a alta presión para resolver problemas asociados con el amoníaco gaseoso, como la inestabilidad en la producción de potencia y las emisiones nocivas. Este sistema asegura un suministro estable y en grandes volúmenes de combustible a base de amoníaco. A través del uso de amoníaco puro, el motor logra un rendimiento específico de clase mundial sin la necesidad de dispositivos o aditivos que mejoren la combustión.
• Eficiencia térmica y reducción de emisiones: Para mejorar el rendimiento, el equipo de investigación optimizó el sistema de encendido y ajustó el momento de inyección del combustible, así como el funcionamiento de las válvulas. Además, desarrollaron un sistema de postratamiento dedicado que minimiza las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y el amoníaco no quemado. Estas mejoras han permitido alcanzar una eficiencia térmica significativamente superior y una notable reducción en las emisiones contaminantes.

¿Cómo funciona?

El funcionamiento del motor de 2 litros alimentado con amoníaco se basa en principios similares a los de los motores de combustión interna convencionales, pero con adaptaciones específicas para manejar las propiedades únicas del amoníaco como combustible. A continuación, detallo cómo opera este sistema desde una perspectiva técnica:

1. Suministro de combustible

El motor utiliza amoníaco líquido como fuente de energía primaria. Para garantizar una combustión eficiente, se emplea un sistema de inyección de alta presión que introduce el amoníaco directamente en la cámara de combustión. Este diseño supera los desafíos asociados al amoníaco gaseoso, que en condiciones normales puede generar una combustión irregular y fluctuaciones en la potencia.

• Razón de alta presión: El amoníaco líquido es inyectado a alta presión (generalmente varios cientos de bares) para lograr una atomización óptima. Esto permite que las gotas de combustible se distribuyan uniformemente en la cámara, facilitando una combustión completa.

2. Mezcla aire-combustible

El motor combina el amoníaco inyectado con aire atmosférico. Aunque el amoníaco tiene una velocidad de combustión más baja en comparación con los combustibles fósiles, el sistema está diseñado para optimizar el proceso de mezcla. Esto se logra ajustando el momento de inyección y sincronizando la apertura y cierre de las válvulas para maximizar la eficiencia.

• Densidad energética del amoníaco: Aunque el amoníaco tiene un contenido energético menor que los hidrocarburos (aproximadamente 18,6 MJ/kg frente a los 43 MJ/kg de la gasolina), su combustión puede ser altamente eficiente si se controla adecuadamente.

3. Sistema de encendido

Una de las claves del motor es su sistema de encendido mejorado. El amoníaco, al ser menos inflamable que otros combustibles, requiere temperaturas y condiciones específicas para iniciar la combustión. Para ello, se han implementado:

• Sistemas de encendido avanzado: Utilizan bujías de alto rendimiento o encendido por plasma para garantizar que la mezcla aire-amoníaco alcance las condiciones necesarias para arder de manera estable.
• Optimización del tiempo de encendido: El sistema ajusta dinámicamente el momento de chispa para evitar explosiones prematuras y maximizar la potencia generada.

4. Proceso de combustión

En la cámara de combustión, el amoníaco reacciona con el oxígeno del aire para liberar energía térmica que impulsa los pistones. El diseño avanzado del motor permite que esta reacción sea lo más eficiente posible:

• Control de temperatura: Una de las principales preocupaciones al trabajar con amoníaco es la producción de óxidos de nitrógeno (NOx) debido a las altas temperaturas de combustión. El motor mitiga este problema optimizando la relación aire-combustible y utilizando sistemas de enfriamiento.

5. Postratamiento de gases

Después de la combustión, los gases de escape contienen pequeñas cantidades de amoníaco no quemado y óxidos de nitrógeno. Para minimizar el impacto ambiental, el motor está equipado con un sistema de postratamiento específico:

• Catalizadores selectivos: Reducen los NOx mediante un proceso químico que los convierte en nitrógeno y agua.
• Eliminación de amoníaco residual: Los gases de escape pasan por filtros o reactores diseñados para capturar el amoníaco no quemado y evitar emisiones dañinas.

6. Ventajas y rendimiento

Gracias a estas innovaciones, el motor logra:

• Una alta eficiencia térmica, lo que significa que se aprovecha una mayor parte de la energía del amoníaco para generar potencia útil.
• Bajas emisiones contaminantes, posicionándose como una solución viable para cumplir con regulaciones estrictas de emisiones.
• Un rendimiento comparable al de los motores tradicionales, sin necesidad de aditivos externos.

El amoníaco como solución energética sostenible

• Versatilidad y sostenibilidad: El amoníaco es un combustible que no emite dióxido de carbono (CO₂) durante su combustión, posicionándolo como una alternativa sostenible frente a los combustibles fósiles. Además, su capacidad de almacenarse y transportarse a temperaturas menos extremas que el hidrógeno lo convierte en una solución más práctica para aplicaciones industriales y de movilidad.
• Reducción de la dependencia de combustibles fósiles: Este avance subraya el papel del amoníaco como un vector energético clave en la transición hacia sistemas energéticos limpios y sostenibles. Al integrarse en sectores como el transporte marítimo y la generación de energía industrial, el motor alimentado con amoníaco podría contribuir significativamente a la reducción global de emisiones de gases de efecto invernadero.

Declaraciones de los investigadores

El Dr. Cheolwoong Park, investigador principal de KIMM, destacó: “Esta innovación representa una mejora revolucionaria respecto a las tecnologías convencionales de motores a base de amoníaco, introduciendo un nuevo concepto en sistemas de energía”.

Por su parte, el Dr. Seungwoo Lee, de Hyundai Motor y Kia, añadió: “Esta tecnología de motores podría resolver los desafíos asociados con el transporte y la producción de hidrógeno verde, posicionando al amoníaco como una nueva solución energética limpia”.

Perspectivas futuras

La investigación, financiada por Hyundai Motor y Kia a través del proyecto «Evaluación de motores de inyección directa de amoníaco», abre nuevas posibilidades para la industria energética.

El desarrollo de motores alimentados con amoníaco no solo impulsa la transición energética, sino que también establece un precedente para tecnologías innovadoras que combaten el cambio climático. Con este avance, el amoníaco podría consolidarse como un pilar fundamental en la economía del hidrógeno, ampliando sus aplicaciones en múltiples sectores y reduciendo la huella de carbono global.

Vía www.kimm.re.kr

Amoníaco como combustible: Una opción sostenible y eficiente

El uso del amoníaco como combustible está ganando relevancia en el panorama de las energías renovables debido a su potencial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Este compuesto químico, conocido principalmente por su aplicación en la industria de fertilizantes, está emergiendo como una alternativa energética innovadora y sostenible.

Ventajas del amoníaco como combustible

1. Cero emisiones de dióxido de carbono (CO₂): Cuando el amoníaco se utiliza como combustible, no emite CO₂ durante su combustión. Esto lo convierte en una alternativa ideal para combatir el cambio climático, especialmente en sectores con altas emisiones como el transporte marítimo, la generación de energía y la industria pesada.
2. Versatilidad de uso: El amoníaco puede ser empleado en motores de combustión interna, turbinas y pilas de combustible. Además, su capacidad para ser producido a partir de hidrógeno verde y nitrógeno atmosférico lo convierte en una fuente de energía limpia y escalable.
3. Facilidad de almacenamiento y transporte: A diferencia del hidrógeno, el amoníaco es más fácil de manejar. Se puede almacenar a temperaturas moderadas (-33 °C) y a presiones relativamente bajas, lo que reduce los costos y la complejidad de la infraestructura necesaria para su distribución.
4. Infraestructura existente: El amoníaco ya cuenta con una red global de producción, almacenamiento y transporte, lo que facilita su integración como combustible en los sistemas energéticos actuales.

Desafíos asociados al uso del amoníaco

A pesar de sus ventajas, el uso del amoníaco como combustible presenta algunos desafíos técnicos y ambientales:

1. Emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx): Durante su combustión, el amoníaco puede generar NOx, gases que contribuyen a la contaminación del aire y al calentamiento global. Sin embargo, tecnologías de postratamiento como catalizadores avanzados pueden reducir significativamente estas emisiones.
2. Toxicidad: El amoníaco es tóxico en altas concentraciones, lo que exige medidas de seguridad rigurosas para su manejo, transporte y almacenamiento.
3. Eficiencia de combustión: La combustión del amoníaco es más lenta en comparación con los combustibles fósiles, lo que puede afectar la eficiencia energética. Este problema se está abordando mediante mejoras en los sistemas de ignición y optimización de motores.

Seguridad en el uso del amoníaco como combustible

El amoníaco en altas concentraciones, puede ser tóxico y causar efectos perjudiciales en la salud humana. Sin embargo, en el desarrollo del motor alimentado con amoníaco, se han considerado estrictamente estos riesgos y se han incorporado tecnologías avanzadas para garantizar un uso seguro tanto en el motor como en su manejo en aplicaciones prácticas.

• Diseño seguro del sistema de combustible: El sistema de almacenamiento e inyección del amoníaco está completamente sellado para evitar fugas. Los tanques de combustible están diseñados para soportar altas presiones y evitar accidentes durante el transporte o el almacenamiento. Además, el sistema de inyección de alta presión garantiza que el amoníaco sea procesado de manera controlada dentro del motor, sin exposición al ambiente.
• Monitoreo continuo: Los vehículos y aplicaciones industriales equipados con este motor incorporan sensores avanzados que detectan cualquier posible fuga de amoníaco. En caso de detección de concentraciones anómalas, el sistema se apaga automáticamente para proteger a los usuarios y el medio ambiente.
• Capacitación y protocolos de manejo: El uso seguro del amoníaco requiere protocolos claros para su manejo y transporte. Los operadores que trabajan con este combustible reciben capacitación específica sobre cómo reaccionar ante posibles emergencias y cómo minimizar el riesgo de exposición.
• Control de emisiones: Un sistema de postratamiento dedicado no solo elimina las emisiones de amoníaco no quemado, sino que también evita que este compuesto escape al ambiente. De esta forma, el motor no solo reduce el impacto ambiental, sino que también protege la salud de las personas cercanas a las áreas de operación.
• Comparación con otros riesgos químicos: Es importante destacar que muchos combustibles actuales, como la gasolina y el diésel, también presentan riesgos de toxicidad e inflamabilidad. Sin embargo, a diferencia de estos combustibles fósiles, el amoníaco no produce emisiones de dióxido de carbono durante su combustión, lo que lo convierte en una alternativa más sostenible desde una perspectiva ambiental.

Producción sostenible de amoníaco

El amoníaco puede producirse de manera sostenible mediante la electrólisis del agua para obtener hidrógeno verde, que luego se combina con nitrógeno del aire en el proceso Haber-Bosch alimentado por energía renovable. Este enfoque reduce la dependencia de combustibles fósiles y permite un ciclo de vida de carbono neutro.

Aplicaciones del amoníaco como combustible

1. Transporte marítimo: El transporte marítimo genera el 2-3 % de las emisiones globales de CO₂. El uso de amoníaco en buques podría revolucionar este sector al ofrecer una opción de combustible limpio que cumple con las regulaciones internacionales de emisiones.
2. Generación de energía: Las plantas de energía que funcionan con amoníaco podrían sustituir al carbón y al gas natural, proporcionando electricidad limpia y estable.
3. Vehículos e industria pesada: Los motores de combustión interna diseñados para amoníaco, como el desarrollado por KIMM y Hyundai, permiten su uso en vehículos y maquinaria industrial, reduciendo la dependencia de combustibles fósiles.

El futuro del amoníaco en la transición energética

El amoníaco se perfila como un actor clave en la transición hacia energías limpias, gracias a su capacidad para almacenar y transportar energía de forma eficiente y su versatilidad de uso. A medida que avancen las tecnologías de producción sostenible y se mitiguen los desafíos asociados a su uso, el amoníaco podría consolidarse como un pilar fundamental en la economía del hidrógeno y en la lucha contra el cambio climático.