Energía
El otro combustible de hidrógeno – Las 5 mejores acciones de amoníaco verde
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La búsqueda para reemplazar los combustibles líquidos
Con el avance de la energía eólica y solar, la variabilidad de su producción aumenta la necesidad de almacenamiento y flexibilidad. Las baterías son una opción, como explicamos en «El futuro del almacenamiento energético — Tecnologías de baterías a gran escala».
Algunos usos resultan especialmente difíciles de electrificar, como el transporte marítimo de larga distancia y la carga aérea.
En el transporte de mercancías por carretera, el peso de las baterías, la infraestructura de recarga y la capacidad industrial plantean dificultades, sobre todo en trayectos largos. Sin embargo, la electrificación ya había comenzado en 2023: los primeros Tesla (TSLA ) Semi se entregaron en diciembre de 2022.
La gasolina, el diésel y el queroseno almacenan más energía química por kilogramo que las baterías. La comparación completa también debe considerar la eficiencia del sistema de propulsión.
Por eso interesan los combustibles líquidos alternativos a los productos petrolíferos. Los biocombustibles proceden de biomasa renovable y pueden parecerse a los combustibles fósiles, aunque su composición e impacto ambiental varían. Tratamos esta cuestión en «Biocombustibles de algas: ¿la próxima revolución energética?».
Otra idea es utilizar el hidrógeno como vector energético. Es el elemento más abundante del universo, pero su producción económica, licuefacción, transporte y almacenamiento presentan dificultades.
El hidrógeno puede almacenarse en compuestos químicos, no solo como gas H2. El nitrógeno, que representa aproximadamente el 78 % del aire, puede combinarse con él para formar amoníaco.
El amoníaco como vector energético
Química simple
El amoníaco, NH3, se utiliza para fabricar fertilizantes y puede liberar energía mediante combustión u oxidación. La reacción ideal de combustión completa para producir nitrógeno y agua es:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
Esta reacción ideal no genera CO2 directo, como ocurre con la combustión de hidrógeno puro. La combustión real sí puede formar contaminantes; el propio amoníaco es tóxico y exige una manipulación segura.
El amoníaco líquido puede almacenarse con temperaturas y presiones mucho menos extremas que el hidrógeno líquido. El análisis citado indica 3,83 MWh/m³ frente a 2,64 MWh/m³: alrededor de un 45 % más de energía por volumen, no por kilogramo.
El análisis del Kleinman Center calcula el consumo energético de licuar hidrógeno en un 44,7 % de la energía almacenada, a una temperatura de −253 °C (−423°F). Con los supuestos del modelo, las pérdidas del almacenamiento estacional podían alcanzar el 79 %. Los resultados dependen de la duración y la tecnología; la refrigeración activa puede limitar la evaporación.
Según el mismo análisis, el amoníaco puede licuarse enfriándolo por debajo de −33 °C a presión atmosférica o aplicando más de 7,5 bar a 20 °C. La eficiencia cercana al 99 % se refiere solo a esa etapa, no a toda la cadena desde la electricidad hasta el combustible y su posterior recuperación energética.
Infraestructura existente
El amoníaco ya se fabrica a gran escala, principalmente para fertilizantes y también para plásticos y explosivos. Por tanto, existen procesos industriales y cadenas de suministro. La producción convencional depende mucho de materias primas y energía fósiles. Es uno de los productos químicos industriales más fabricados del mundo.
Una economía del amoníaco de bajas emisiones utilizaría principalmente amoníaco verde producido con energía renovable. Se distingue de estas otras vías de producción:
- Amoníaco gris o marrón: producción a partir de materias primas fósiles sin captura de CO2.
- Amoníaco azul: producción fósil con captura de CO2. El impacto climático también depende del porcentaje capturado y de las fugas de metano.
- Amoníaco rosa: producción con energía nuclear. Los colores no se utilizan de forma uniforme; amarillo también puede designar otras vías.
- Amoníaco turquesa: el hidrógeno de la pirólisis del metano se transforma en amoníaco. El carbono sólido obtenido puede almacenarse o utilizarse en productos adecuados.
El análisis cita unos 5.000 km de tuberías de amoníaco en Estados Unidos frente a 490.000 km de gasoductos de alta presión. La infraestructura existente resulta útil, pero ampliarla exige materiales compatibles y medidas de seguridad. No se puede definir el amoníaco como no corrosivo en todos los casos: también importan la compatibilidad y la corrosión bajo tensión, aunque sean problemas distintos de la fragilización por hidrógeno.
Se requieren grandes inversiones en producción e infraestructura. En el escenario citado, sustituir la mitad del consumo mundial de gas natural exigiría multiplicar aproximadamente por veinte la producción de amoníaco. Es una ilustración de la escala de ese escenario, no una previsión de producción.
La tabla del Kleinman Center compara varias cadenas de almacenamiento. Para el amoníaco indica una recuperación de energía de aproximadamente el 42,5–52,3 % tras siete días y del 41,8–51 % tras 182 días. El límite superior del 84 % corresponde al hidrógeno comprimido, no al amoníaco. Los valores describen la cadena modelizada hasta la energía del hidrógeno recuperado, no necesariamente electricidad devuelta a la red.
Las limitaciones del amoníaco
La combustión real del amoníaco puede generar óxidos de nitrógeno (NOx), amoníaco sin quemar y óxido nitroso (N2O). Los NOx perjudican la calidad del aire. El N2O es otro gas: el valor a cien años utilizado por la EPA equivale, por kilogramo, a unas 273 veces el potencial de calentamiento del CO2. Esa cifra no se aplica a todos los NOx.
Se han propuesto varias soluciones, entre ellas:
- Quemar amoníaco verde con combustible fósil. Esto no elimina automáticamente todas las emisiones.
- Mezclar amoníaco e hidrógeno para favorecer la combustión.
- Descomponer el amoníaco en nitrógeno e hidrógeno según la demanda en el lugar de uso, por ejemplo en una estación de suministro. El proceso se llama craqueo.
- Usar sistemas de pilas de combustible adecuados para generar electricidad y alimentar un motor, directamente a partir de amoníaco o después de transformarlo en hidrógeno.
- Reducir los NOx mediante el tratamiento de los gases de escape. Un ejemplo es la catálisis de almacenamiento de NOx con platino, paladio o rodio. No todas las soluciones requieren esos metales: también se utilizan zeolitas de cobre y catalizadores SCR con vanadio. Los costes y materiales necesarios dependen del sistema.
Para obtener un beneficio climático hay que controlar las emisiones de producción y los NOx, el N2O y las pérdidas de amoníaco durante el uso. Es incorrecto tratar todos los NOx como un único gas de efecto invernadero con el mismo potencial de calentamiento.
El amoníaco como vector de hidrógeno
El amoníaco puede volver a descomponerse en nitrógeno e hidrógeno. Por ello puede actuar como vector de hidrógeno incluso cuando la combustión directa no resulta apropiada.
En esta cadena se utiliza amoníaco para almacenamiento y transporte, además de ciertos usos directos. Tras el craqueo, el hidrógeno se puede purificar y, si hace falta, comprimir para una pila de combustible o un motor compatible. Estas etapas también consumen energía.
Según el diseño y la aplicación, puede ofrecer las siguientes ventajas:
- Condiciones de licuefacción menos extremas que las del hidrógeno y posibilidad de utilizar energía renovable en la producción.
- La energía renovable de bajo costo durante periodos de sobreproducción (sol y viento intensos) puede usarse para reducir los costos totales de producción del combustible.
- Almacenar combustible durante meses puede mejorar la resiliencia del sistema energético y el transporte. Durante un apagón, las reservas pueden ayudar a ambulancias y cadenas de suministro si las instalaciones y la distribución del combustible siguen funcionando.
- Conservar los excedentes de meses soleados o ventosos para periodos con menor producción renovable.
Por tanto, una oposición estricta entre economía del amoníaco y economía del hidrógeno puede resultar engañosa.
Un escenario posible es una combinación de amoníaco e hidrógeno, con cada vector empleado donde mejor encajan sus propiedades:
- Amoníaco para transportar el vector energético, almacenarlo durante largos periodos y aprovechar excedentes eléctricos temporales.
- Hidrógeno para consumo directo, almacenamiento más breve y algunos procesos industriales, como la fabricación de acero. Su uso en motores de aviación requiere más desarrollo técnico.
Las centrales nucleares también podrían contribuir a reducir emisiones suministrando energía de bajas emisiones para amoníaco rosa, junto con la electrificación del transporte.
El camino hacia una economía del amoníaco
El momento de la adopción generalizada sigue siendo incierto. Los estudios comentados en 2023 describían la producción verde a gran escala como segunda generación, posiblemente a partir de 2030. Era un escenario de desarrollo, no una fecha segura de éxito comercial.
Una producción más eficiente mediante reducción electroquímica directa se describía en ese escenario como tercera generación hacia finales de la década de 2030. La tecnología y los electrocatalizadores adecuados seguían en desarrollo.
Fuente: Science Direct
Las expectativas sobre el amoníaco verde eran elevadas. Una previsión de mercado de 2023 estimaba un crecimiento desde unos 300 millones de dólares en 2023 hasta 17.900 millones en 2030, equivalente a una tasa anual compuesta del 72,9 %. Era una estimación histórica, no crecimiento realizado ni garantizado.
Top 5 acciones de amoníaco verde
Esta lista se centra en empresas de amoníaco verde o hidrógeno verde. Pero los líderes actuales en generación de amoníaco, como por ejemplo CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) o Yara International ASA (YAR.OL) probablemente pasarán al amoníaco verde con el tiempo y podrían ser una opción también.
1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)
En 2023, Aker Horizons era la empresa de energía verde del grupo noruego Aker. El grupo operaba en renovables, transporte marítimo y actividades costa afuera, entre otros ámbitos.
Fuente: Aker
Aker Horizons era una sociedad de cartera con inversiones en renovables, captura de CO2 y desarrollo de proyectos de hidrógeno.
Fuente: Aker
La empresa desarrollaba proyectos de hidrógeno y amoníaco verde, entre otros fines para reducir las emisiones del transporte marítimo ártico. Estar en desarrollo no significaba que todas las plantas previstas estuvieran produciendo.
Fuente: Aker
No era una empresa dedicada exclusivamente al amoníaco. La cartera abarcaba distintas etapas, desde electricidad renovable hasta hidrógeno y producción prevista de amoníaco. El artículo también citaba energía a partir de residuos en Francia, biomasa en Alemania y captura de CO2 en Arabia Saudita y Emiratos Árabes Unidos.
La tesis de inversión del artículo de 2023 era que esta diversidad ofrecía exposición a varias tecnologías y regiones. La ejecución y financiación de los proyectos seguían siendo decisivas.
2. Plug Power Inc. (PLUG)
Plug Power (PLUG ) opera en pilas de combustible e hidrógeno verde. El artículo citaba como datos históricos más de 40.000 carretillas elevadoras con sus pilas y unos ingresos ocho veces superiores a los de 2013. También desarrollaba producción, logística y suministro de hidrógeno y sistemas eléctricos a gran escala.
Fuente: Plug Power
En la presentación de octubre de 2023, Plug esperaba que la escala redujera el coste medio del hidrógeno entregado desde unos 10 hasta 4 dólares por kilogramo para 2027. El artículo interpretaba el aumento previsto de volumen como unas catorce veces. Eran objetivos, no resultados conseguidos.
Fuente: Plug Power
Plug registraba pérdidas e invertía en expansión. La presentación citaba un aumento del 1.900 % de la capacidad de fabricación de equipos desde 2020, no una producción real de hidrógeno multiplicada por diecinueve. La previsión de ingresos del segundo semestre de 2023 era de unos 730 millones de dólares frente a unos 470 millones del primero; no era una duplicación ya realizada. Norteamérica representaba una parte importante de la actividad y los planes.
Plug presentaba el hidrógeno como combustible de transporte y posible complemento de los vehículos eléctricos. Producirlo en momentos adecuados y utilizarlo en pilas puede aportar flexibilidad, pero también supone pérdidas energéticas adicionales.
Fuente: Plug Power
La expansión de los usos del hidrógeno y el amoníaco podía aumentar la demanda de productos Plug. La empresa se centraba principalmente en hidrógeno y pilas, pero su presentación incluía un proyecto en desarrollo en Finlandia con producción de amoníaco. Por ello no era correcto excluir toda relación directa con este último.
El artículo consideraba la empresa una posible inversión en hidrógeno, con o sin amoníaco como vector de transporte. Los resultados dependen de costes de producción, logística, almacenamiento, demanda y financiación.
3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)
Ballard es otro fabricante de pilas de combustible, y pionero de la tecnología con su primer autobús de pila de combustible en 1993.
En junio de 2023, Ballard se centraba en autobuses, camiones, trenes y tranvías, barcos, maquinaria minera y de construcción y generación eléctrica. Esperaba una mayor aportación de los camiones para 2025 y aproximadamente el 50–60 % de los ingresos de Europa, seguido de Norteamérica con un 25 %. Era la composición prevista entonces.
Ballard estimaba para 2030 un mercado potencial de unos 7.500 millones de dólares para pilas de combustible de camiones, dentro de un mercado total de camiones de unos 195.000 millones. La estimación de pilas era casi igual a los demás usos de la tabla sumados, no a todas las aplicaciones mundiales del hidrógeno.
Fuente: Ballard
La autonomía y el repostaje rápido pueden resultar atractivos para algunas tareas de transporte pesado. En líneas ferroviarias no electrificadas pueden evitar la instalación de catenarias. La idoneidad depende del trayecto y la infraestructura de hidrógeno; se trata de repostar, no de cargar rápidamente una batería.
Fuente: Ballard
Un ejemplo concreto era el contrato del 8 de diciembre de 2022 con Amogy para suministrar inicialmente tres pilas marinas FCwave de 200 kW cada una. El sistema de Amogy descompone amoníaco en hidrógeno; las pilas PEM no reciben amoníaco directamente.
El artículo veía el transporte pesado como una posible oportunidad para Ballard en una economía del hidrógeno en expansión. Su desarrollo depende de infraestructura, costes y pedidos; no es consecuencia automática del apoyo político.
4. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive desarrollaba el FP300 modular en contenedores para producir amoníaco verde localmente, primero en agricultura. Las especificaciones citadas eran hasta 300 kg diarios o unas 100 toneladas métricas anuales, con un precio base inicial de 950.000 dólares canadienses. El precio final dependía de la configuración.
Fuente: Fuel Positive
La empresa utilizaba como ejemplo una explotación de 1.800 acres, unas 728 hectáreas. En su presentación, un sistema solar de aproximadamente 1 MW con almacenamiento ocupaba de forma orientativa 1,5 acres, unas 0,61 hectáreas. Era un ejemplo empresarial, no una garantía de que esa superficie cubriera la producción en cualquier clima.
Fuente: Fuel Positive
FuelPositive estimaba costes operativos de unos 560 dólares canadienses por tonelada, según el precio eléctrico. No era el coste completo incluida la compra de la planta. La producción local podía reducir la exposición a fluctuaciones del mercado, pero no eliminar todo riesgo. El artículo citaba un precio histórico del amoníaco de hasta 1.350 dólares por tonelada en un periodo determinado.
Fuente: BusinessAnalitIQ
La empresa estaba en una fase inicial en 2023. La junta anual tenía como objetivos formalizar los primeros treinta pedidos y poner en marcha una nueva fábrica a comienzos de 2025. Esto no demostraba treinta pedidos ya confirmados. La primera entrega en marzo o la primavera de 2024 era entonces una previsión, no una entrega completada.
El artículo destacaba el diseño modular, que podía apoyar producción distribuida y fabricación estandarizada de equipos.
FuelPositive desarrollaba una colaboración con Cipher Neutron, que desarrollaba electrolizadores con membrana de intercambio aniónico sin metales del grupo del platino.
Los fertilizantes eran el primer mercado objetivo. El uso como combustible para maquinaria agrícola requeriría motores o sistemas de hidrógeno compatibles e infraestructura adecuada.
El enfoque distribuido y modular podía servir después al mercado del amoníaco como vector energético. Los fertilizantes ofrecían la primera vía de desarrollo comercial antes de usos energéticos más amplios.
5. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower también desarrollaba instalaciones modulares, con una capacidad de diseño IAMM de cuatro toneladas métricas de amoníaco al día. Se dirigía a explotaciones de más de 10.000 acres, unas 4.047 hectáreas, y a industrias como textil, refrigeración, minería, farmacia y semiconductores. La capacidad nominal no demostraba una amplia flota ya instalada.
Fuente: AmmPower
El artículo citaba entonces un potencial de pedidos a corto plazo de 30 millones de dólares y oportunidades de venta de 690 sistemas en 52 países. Eran posibilidades comerciales, no contratos confirmados ni ingresos realizados.
La estimación de 360 dólares por tonelada correspondía solo a electricidad, no a todos los costes de producción, mantenimiento y capital.
El enfoque modular buscaba entregas en menos de un año, frente a tres o cuatro para algunos proyectos convencionales. Era un objetivo de desarrollo; el plazo real también dependía del proyecto y los permisos.
El 15 de junio de 2023, AmmPower anunció un acuerdo de empresa conjunta con CTEC Energy Sales USA para aprovechar residuos en la producción de amoníaco. La ruta propuesta utilizaba hidrógeno y electricidad de residuos para alimentar los equipos de síntesis IAMM.
El artículo también mencionaba el plan de una filial independiente para descomponer amoníaco en hidrógeno y buscar financiación por separado. La tecnología estaba en desarrollo, no demostrada a escala comercial.
AmmPower se dirigía a clientes industriales y grandes explotaciones con un acceso relativamente mayor al capital. La síntesis y descomposición del amoníaco podían ofrecer oportunidades en el mercado del hidrógeno, pero la expansión dependía de financiación, avances técnicos y pedidos reales.
