El amoníaco se calienta a más de 300 °C en un «cracker», donde se descompone en hidrógeno y nitrógeno, liberando estos gases de forma segura junto con vapor de agua.
Electricidad a partir de amoníaco
Un enfoque innovador para la energía limpia
El uso de hidrógeno para generar electricidad se presenta como una solución sin emisiones perjudiciales para el clima. Sin embargo, el almacenamiento y transporte de este gas implican retos técnicos complejos. Con esta problemática en mente, investigadores del instituto Fraunhofer han recurrido al amoníaco, un derivado del hidrógeno que resulta más fácil de manipular, como material de partida. En este proceso, el amoníaco se descompone en una pila de combustible de alta temperatura, generando hidrógeno que posteriormente se convierte en electricidad. Además, el calor residual generado puede aprovecharse como energía térmica.
El potencial del amoníaco en la transición energética
La transición energética ha colocado al hidrógeno y sus derivados en una posición estratégica, siendo elementos clave en la Estrategia Nacional del Hidrógeno del gobierno alemán. Dentro de estos derivados, el amoníaco (NH3) destaca por su alto potencial debido a que el hidrógeno es más fácil de almacenar y transportar en forma de amoníaco. Este proceso no solo es más sencillo, sino que también permite su uso en áreas sin conexión directa a una red de hidrógeno.
Un equipo de investigadores, liderado por la Prof. Laura Nousch del Instituto Fraunhofer para Tecnologías Cerámicas y Sistemas (IKTS) en Dresde, ha desarrollado un demostrador basado en una pila de combustible de alta temperatura (pila de combustible de óxido sólido, SOFC) que utiliza amoníaco para generar electricidad de manera directa y eficiente. Este sistema compacto permite la generación simultánea de electricidad y calor sin emisiones de CO₂ ni subproductos nocivos.
El proceso: del amoníaco al hidrógeno y del hidrógeno a la electricidad
La investigadora Laura Nousch describe las ventajas de este método: “El amoníaco se ha utilizado en la industria química durante décadas, especialmente en la producción de fertilizantes, por lo que existen procesos establecidos para su manipulación. No obstante, es necesario manejarlo con precaución. Como portador de hidrógeno, el amoníaco ofrece una densidad energética elevada y, al mismo tiempo, es relativamente fácil de almacenar y transportar. Es un material de partida ideal para la generación de electricidad y energía térmica de forma climáticamente responsable.”
Descomposición y generación de energía
En este innovador proceso, el amoníaco es preacondicionado y alimentado a un «cracker» donde se calienta a temperaturas superiores a 300 °C. Esto provoca la descomposición del amoníaco en hidrógeno (H₂) y nitrógeno (N₂). Una vez completado el proceso, el nitrógeno se libera junto con vapor de agua como gases de escape inofensivos. Posteriormente, el hidrógeno se introduce en la pila de combustible de alta temperatura. En esta reacción electroquímica, el hidrógeno fluye a través del ánodo mientras que el aire pasa por el cátodo, liberando electrones que se mueven del ánodo al cátodo, generando así electricidad.
Además, esta reacción produce energía térmica. El calor generado en el proceso de combustión residual se utiliza para mantener la temperatura interna del cracker y se libera como calor residual que puede aprovecharse para usos como la calefacción de edificios.
Alta eficiencia energética: un rendimiento del 60 %
El diseño del sistema desarrollado por los investigadores de Fraunhofer IKTS se beneficia de la vasta experiencia de la institución en el trabajo con pilas de combustible de cerámica. Han logrado construir un demostrador de pila de combustible que realiza el proceso completo de descomposición del amoníaco y la generación de electricidad en un solo dispositivo. La eficiencia de este método, similar a los sistemas basados en gas natural, alcanza un rendimiento del 60 %, con la diferencia de que los sistemas SOFC a base de amoníaco son más simples y robustos en su estructura.
Este sistema es adecuado para pequeñas empresas industriales que buscan generar electricidad sin emisiones de carbono, especialmente aquellas que no están conectadas a la futura red central de hidrógeno. También representa una solución viable para municipios y empresas de servicios públicos locales que desean proporcionar calor verde a sus usuarios. Además, este tipo de sistema podría aplicarse en grandes buques, permitiendo impulsos ecológicos basados en amoníaco e hidrógeno.
Sistemas de pilas de combustible a medida
A mayor temperatura en el cracker, mayor es la proporción de amoníaco descompuesto en hidrógeno. Sin embargo, a temperaturas más bajas, como poco más de 400 °C, permanece una cantidad considerable de amoníaco sin descomponer. Aun así, las pruebas han demostrado que las moléculas de amoníaco también se descomponen completamente en hidrógeno dentro de la pila de combustible de alta temperatura, lo que incluso puede incrementar el rendimiento general del sistema.
Este método abre diversas posibilidades para la gestión térmica. Con un diseño optimizado y una gestión térmica inteligente, es posible realizar modificaciones en aspectos como la potencia y el tamaño de las pilas de combustible. Esto permite desarrollar soluciones personalizadas para la generación de electricidad y calor de manera sostenible, adaptadas especialmente a las necesidades de las pequeñas y medianas empresas.
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