¿Por qué el amoníaco verde puede no ser tan verde?

El amoníaco ha estado en las noticias debido a su idoneidad como portador de hidrógeno y combustible, además de ser un ingrediente vital en los fertilizantes. Las redes de distribución existentes y la facilidad de convertir el gas amoníaco en líquido hacen que el amoníaco sea una forma rentable de transportar energía renovable. Para un volumen dado, el amoníaco, una molécula formada por tres átomos de hidrógeno y un átomo de nitrógeno, transporta aproximadamente un 50 % más de átomos de hidrógeno que el propio hidrógeno.

Como el amoníaco contiene solo hidrógeno y nitrógeno, no emite dióxido de carbono cuando se usa. Si se fabrica con hidrógeno verde (producido con energía renovable), su producción tampoco emite dióxido de carbono. Por lo tanto, el amoníaco verde podría ayudar a lograr un mundo con cero emisiones netas, particularmente como combustible para el transporte de larga distancia y la industria pesada.

Australia está bien posicionada para desarrollar una importante industria de exportación de hidrógeno renovable, que podría utilizar amoníaco verde. Los proyectos propuestos incluyen Cape Hardy, Collinsville, Australian Renewable Energy Hub, HyNQ, H2Tas y Gibson Island.

Desafortunadamente, el hecho de que el amoníaco no contenga carbono no lo hace bueno para el medio ambiente. Es una fuente de contaminación por nitrógeno, que tiene muchos impactos ambientales dañinos. A pesar de la ventaja natural de Australia en la producción de amoníaco verde, irónicamente tenemos la huella de nitrógeno per cápita más grande del mundo.

Sin embargo, en raras ocasiones, los defensores del amoníaco verde evalúan críticamente su sostenibilidad ambiental más allá de las afirmaciones de cero neto.

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Excediendo los límites planetarios

El Centro de Resiliencia de Estocolmo define nueve procesos que regulan la Tierra para sustentar la vida tal como la conocemos. Se han definido los límites de un “espacio operativo seguro” para cada proceso.

Probablemente no se sorprenda al saber que el cambio climático es uno de los límites que hemos superado. Se le podría perdonar por pensar que ha sido nuestro mayor impacto en el planeta. Pero ese “honor” se lo llevan los flujos biogeoquímicos de nutrientes, principalmente como resultado de los fertilizantes nitrogenados.

¿Por qué? Bueno, se trata de amoníaco.

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Desequilibrar el ciclo del nitrógeno

El nitrógeno constituye el 78% de nuestra atmósfera como gas dinitrógeno (N₂). Sin embargo, en esta forma es inaccesible para los organismos vivos.

Para mantener la vida, el nitrógeno debe convertirse en formas reactivas como el amoníaco. Una vez que llega a los ecosistemas, el amoníaco sufre una serie de transformaciones químicas. Finalmente, se descompone nuevamente en N₂ y el ciclo puede comenzar de nuevo.

Durante millones de años, los procesos en cada paso del ciclo han estado en equilibrio. Sin embargo, la producción industrial de fertilizantes en el siglo XX ha desequilibrado este ciclo.

Por el lado positivo, el amoníaco ha sido un producto químico milagroso para el cultivo de alimentos. Se estima que 3.500 millones de personas están siendo alimentadas gracias a los fertilizantes químicos. Esto significa que casi la mitad de la población mundial pasaría hambre si no fuera por el amoníaco sintético.

La desventaja es que demasiado nitrógeno reactivo termina en el medio ambiente, más del doble del límite planetario recomendado.

En el caso del exceso de nitrógeno, cruzar su límite planetario ya ha tenido enormes consecuencias. Ha provocado el deterioro de los ecosistemas, el smog fotoquímico, la lluvia ácida y problemas de salud como enfermedades respiratorias y cáncer, la proliferación de algas que provoca la muerte de peces como la reciente en los lagos Menindee, daños a la Gran Barrera de Coral y gases de efecto invernadero mucho más. potente que el dióxido de carbono.

Producir amoníaco adicional como portador de energía renovable podría empeorar aún más estos problemas.

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Un problema de fuga

Algunos estiman que las cadenas de suministro de amoníaco lo filtran al medio ambiente a tasas de hasta el 6%. Sin embargo, la investigación es limitada. Las cadenas de suministro de gas natural más ampliamente entendidas pueden proporcionar una cifra aproximada de alrededor del 2,6%.

Reemplazar los combustibles fósiles con amoníaco para camiones y envíos de larga distancia podría reducir la huella de carbono del transporte (que representa el 37% de las emisiones totales de dióxido de carbono). Sin embargo, si el 2,6 % del amoníaco se filtrara de la cadena de suministro, estimamos que esto podría triplicar el flujo de nitrógeno reactivo, rebasando aún más el límite planetario. A una tasa de fuga del 6%, podría ser cuatro veces.

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Todos sabemos cómo el cambio climático ha estado cambiando nuestro mundo, y eso es «solo» 1,2 veces el límite planetario de carbono. El uso de amoníaco verde como portador de energía renovable podría tener un impacto aún mayor en el límite planetario del nitrógeno.

Complemento del amoníaco

Otro portador de energía renovable se puede hacer a partir de hidrógeno verde: metanol. Es una molécula de cuatro átomos de hidrógeno y un solo átomo de carbono y oxígeno.

Al igual que el amoníaco, el metanol se puede utilizar como combustible. Podría reemplazar las materias primas petroquímicas utilizadas en los procesos industriales y la fabricación. Nuestra investigación muestra que el metanol también podría permitir que la biotecnología se integre mejor con los procesos industriales.

Más significativamente, el metanol no afecta el ciclo del nitrógeno. Siempre que se fabrique con una fuente renovable de carbono, como el dióxido de carbono de la captura directa del aire, hay un impacto neto cero en el medio ambiente. Las proyecciones de la Agencia Internacional de Energía muestran que Estados Unidos tiene un mayor énfasis en el metanol verde, mientras que Australia y Europa se enfocan más en el amoníaco verde.

La sostenibilidad ambiental significa más que cero neto. En el caso del amoníaco verde, se necesita un pensamiento holístico para que no resolvamos un problema solo para empeorar otro.