Energía
El otro combustible de hidrógeno – Las 5 mejores acciones de amoníaco verde
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La búsqueda para reemplazar los combustibles líquidos
A medida que avanzan las energías renovables, algunas limitaciones se vuelven más claras. La intermitencia de las renovables requiere la presencia de almacenamiento de energía. Esto podría ser en forma de baterías, como exploramos en nuestro artículo “El futuro del almacenamiento de energía – Baterías a escala de servicios públicos”.
Sin embargo, algunas formas de consumo de energía son muy resistentes a la electrificación. Por ejemplo, el transporte naval de larga distancia o el transporte aéreo de carga.
Incluso el transporte por carretera hasta ahora no ha logrado convertirse en vehículos eléctricos, debido al peso de las baterías requeridas; así como a las limitaciones en la capacidad de producción de baterías, lo que ha retrasado durante muchos años el Tesla (TSLA ) Semi.
En gran medida, estas limitaciones provienen del hecho de que la gasolina/diésel/queroseno son extremadamente densos en energía, mucho más que las mejores baterías.
Por eso la idea de un combustible líquido que sea una alternativa a los productos petrolíferos resulta muy atractiva. Una idea son los biocombustibles, que esencialmente producen el mismo producto que el combustible fósil, pero a partir de fuentes renovables. Es otra idea que exploramos en nuestro artículo “Biofuelos algales: ¿La próxima revolución energética?”.
Otra idea es usar el átomo más abundante del universo, el hidrógeno, para almacenar energía. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso tiene algunas limitaciones, desde las dificultades de producirlo económicamente, hasta los costos energéticos de licuarlo, transportarlo y almacenarlo.
Hydrogen atoms do not need to be in the form of H2 gas to be storing energy. Another extremely abundant element, nitrogen, forming 4/5th of our atmosphere, can help.
El amoníaco como portador de energía
Química simple
El amoníaco, o NH3, es un fertilizante y puede quemarse u oxidarse para producir nitrógeno y agua.
NH3 +O2 → N2 + H2O
Así que es algo similar a la combustión del hidrógeno, en que solo produce subproductos inofensivos, al menos en condiciones ideales (más sobre eso más adelante).
La diferencia con el hidrógeno es que el amoníaco es una molécula mucho más grande que el H2, y también mucho más estable. Esto hace que su transporte y almacenamiento sea mucho más fácil. El amoníaco también es casi un 50 % más denso en energía que el hidrógeno líquido.
Hydrogen liquefaction wastes 44.7% of the energy it contains, as it requires cooling at -253°C (-423°F). Keeping it liquid leads to more losses, increasing with the duration of storage, potentially up to 79% losses for seasonal storage.
“El amoníaco, por otro lado, puede licuarse enfriándolo por debajo de -33 °C (a presión atmosférica) o presurizándolo por encima de 7.5 bar (a 20 °C), condiciones significativamente más alcanzables que las requeridas para el hidrógeno. Este proceso puede alcanzar una eficiencia cercana al 99 %”.
Infraestructura existente
El amoníaco no es un químico producido raramente, ya que es un componente clave en la producción de fertilizantes, pero también de plásticos y explosivos. Esto significa que ya existe una industria y cadena de suministro para la producción masiva de amoníaco, aunque algo dependiente de los combustibles fósiles por ahora. También lo convierte en un proceso bien entendido y eficiente. En conjunto, el amoníaco es el segundo químico más producido del mundo.
Idealmente, una economía del amoníaco dependería del llamado amoníaco verde, generado a partir de energía renovable. Esto lo distingue de otros tipos de amoníaco:
- Amoníaco gris/marrón: producido a partir de combustibles fósiles.
- Amoníaco azul: producido a partir de combustibles fósiles, pero con captura de carbono.
- Amoníaco rosa (a veces también llamado amoníaco amarillo): producido a partir de energía nuclear.
- Amoníaco turquesa: producido a partir de la pirólisis del metano. Esto descompone el metano en hidrógeno y carbono sólido, con el hidrógeno convertido luego en amoníaco. El carbono sólido puede almacenarse o usarse en aplicaciones como fibras de carbono.
Y aunque es mucho menos extenso que la red de combustibles fósiles, existen no menos de 5 000 km (3 100 millas) de tubería de amoníaco en EE. UU. (y 490 000 km de tuberías de gas natural a alta presión). Dado que el amoníaco no es corrosivo y no daña las tuberías de acero como el hidrógeno (“embrittlement”), nuevas tuberías podrían ser relativamente económicas.
Esto, sin embargo, requeriría una inversión masiva tanto en capacidad de producción como en tuberías. Para reemplazar solo la mitad del consumo mundial de gas natural se necesitaría multiplicar por 20 la producción mundial de amoníaco.
Dependiendo de la solución exacta adoptada, el amoníaco podría funcionar como un sistema de almacenamiento y transferencia de energía con una eficiencia (energía devuelta) que varía entre 84 % y 38 %.
Las limitaciones del amoníaco
El problema de usar amoníaco directamente para energía es que la combustión rara vez es un proceso perfectamente eficiente. Cuando el amoníaco se quema de forma imparcial, produce gases NOx, que son tóxicos, así como gases de efecto invernadero (300 veces más potentes que el CO₂).
Se han propuesto varias soluciones, entre ellas:
- Quemar amoníaco verde en una mezcla de combustible, en combinación con combustible fósil.
- Quemar amoníaco verde en una mezcla de combustible, en combinación con hidrógeno.
- Convertir amoníaco líquido en hidrógeno comprimido directamente en el sitio de almacenamiento, y bajo demanda, como en una estación de combustible. Un proceso llamado “cracking”.
- Utilizar pilas de combustible dedicadas, como para el hidrógeno, para generar electricidad y alimentar un motor eléctrico directamente.
- Usar catalizadores para destruir el NOx antes de que se libere. Esto podría causar algunos problemas ya que estos catalizadores a menudo son metales extremadamente caros como paladio, platino y rodio, que ya se usan para reducir las emisiones de NOx en vehículos impulsados por combustibles fósiles. Una combustión puramente basada en amoníaco requeriría mucho más de ellos.
Como los NOx son potentes gases de efecto invernadero, asegurarse de que no los veamos reemplazar al CO₂ es imprescindible para justificar la transición a una economía del amoníaco.
El amoníaco como portador de hidrógeno
Como se mencionó antes, el amoníaco (NH3) puede “crackearse” de nuevo en nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2). Esto significa que incluso si el problema de emisiones de NOx resulta irresoluble, aún existe potencial para una economía del amoníaco.
En este contexto, el amoníaco se usa directamente para almacenamiento, transporte, y algunas aplicaciones de nicho. Y se convierte en hidrógeno en forma gaseosa (incluso si está comprimido) para alimentar vehículos mediante combustión directa o pilas de combustible.
Esto permite que la economía descarbonizada disfrute de algunos beneficios clave de las características físicas y químicas del amoníaco:
- Menores pérdidas de energía durante la producción del combustible líquido, mientras se sigue usando energía verde para hacerlo.
- 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.
- La posibilidad de almacenamiento de varios meses, permitiendo resiliencia en el sistema energético, algo indispensable para la movilidad. Por ejemplo, un huracán que derribe la red eléctrica no detendría la cadena de suministro, ambulancias y automóviles, como podría suceder en un sistema totalmente centrado en vehículos eléctricos.
- El almacenamiento multimeses también permite que la producción excedente en meses soleados o ventosos se convierta en suministro de combustible para los meses con menor producción de energía renovable.
Así que es posible que hablar de una economía del amoníaco o de una economía del hidrógeno sea un poco engañoso.
Un escenario más probable es una economía mixta de amoníaco‑hidrógeno, con cada tecnología aprovechada para rendir mejor en sus puntos fuertes:
- Amoníaco para transporte, almacenamiento a largo plazo y “absorber” el exceso de energía de días soleados o ventosos.
- Hidrógeno para consumo directo, almacenamiento a corto plazo y aplicaciones que requieren salida rápida y alta de energía, como la producción de acero o motores a reacción.
Este es un escenario donde las centrales nucleares también podrían jugar un papel en la descarbonización, incluso sin una adopción masiva de vehículos eléctricos, gracias al “amoníaco rosa” que proporciona una fuente de combustible líquido de bajo carbono.
El camino hacia una economía del amoníaco
La hoja de ruta para la adopción del amoníaco es un poco más difícil de determinar. Algunas investigaciones estiman que una economía impulsada por amoníaco, usando producción masiva de amoníaco verde (segunda generación), es poco probable antes de 2030.
En este escenario, una producción de amoníaco más eficiente basada en reducción electroquímica directa (tercera generación) solo se impondría a finales de la década de 2030, debido a que la tecnología está hoy en sus primeras etapas, especialmente los electrocatalizadores eficientes.
Fuente: Science Direct
En conjunto, existen grandes esperanzas para el crecimiento del amoníaco verde, con algunas estimaciones que consideran que el actual mercado de $300 M podría convertirse en un gigante de $17.9 B, o un asombroso CAGR del 72.9 % para 2030.
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)
Aker Horizon es la subsidiaria del grupo Aker centrada en energía verde. El grupo es un importante conglomerado noruego, con foco en renovables y negocios marinos/offshore.
Fuente: Aker
Aker Horizon es la holding de varias subsidiarias, incluidas captura de carbono, hidrógeno verde y energías renovables.
Fuente: Aker
La empresa es notablemente muy activa en la generación de hidrógeno y amoníaco verde, con el objetivo de descarbonizar el transporte marítimo ártico.
Fuente: Aker
Así que Aker no es una empresa puramente de amoníaco verde, pero puede manejar la integración vertical completa del amoníaco verde, desde turbinas eólicas offshore hasta generación de hidrógeno y producción de amoníaco verde. También está trabajando en proyectos como residuos a energía en Francia, una planta de biomasa en Alemania y captura de carbono en Oriente Medio (Arabia Saudita y Emiratos Árabes Unidos).
Esto la convierte en una buena acción para inversores que buscan exposición al sector de energía verde en general, con una fuerte posición en amoníaco verde, pero también en otras energías verdes y cierta diversificación geográfica.
2. Plug Power Inc. (PLUG)
Plug Power (PLUG ) es líder en hidrógeno verde, con foco en pilas de combustible. Notablemente, sus pilas de combustible alimentan más de 40 000 montacargas, con ingresos que se han multiplicado 8 veces desde 2013. También está activo en la construcción de infraestructura de hidrógeno como producción, logística, generación de energía a escala de servicios públicos y entregas.
Fuente: Plug Power
La empresa busca escalar para reducir los costos de producción de $10/kg a $4/kg, mientras multiplica la producción 14 veces para 2027.
Fuente: Plug Power
Debido a masivas inversiones para aumentar la capacidad de producción 19 veces desde 2020, la empresa aún no es rentable. Esto llevó a casi duplicar los ingresos de principios a finales de 2023. La mayor parte del negocio actual y proyectado se espera que provenga de Norteamérica.
La compañía ve su solución como un combustible de movilidad directo, o como complemento a los vehículos eléctricos, ya que el hidrógeno permite reducir la presión sobre la red de carga de VE que no coincide con los horarios de producción de renovables durante el día.
Fuente: Plug Power
Como gran productor de pilas de combustible, Plug Power se beneficiaría fuertemente de un giro hacia una economía basada en hidrógeno/amoníaco. Aunque no está directamente activo en la producción de amoníaco, la empresa se centra mayormente en la producción de hidrógeno verde (necesario para la producción de amoníaco verde) y pilas de combustible, ambos componentes que seguirían en alta demanda en caso de que el hidrógeno por sí solo no funcione.
Así que esto convierte a Plug Power en una buena acción para apostar por un giro hacia el hidrógeno en general, con o sin amoníaco. Si la limitación del hidrógeno respecto a la logística y el almacenamiento resulta insuperable, aún se beneficiaría de una economía de hidrógeno+amoníaco.
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.
La empresa se centra en mercados de carga pesada: autobuses, camiones, trenes/tranvías, barcos, minería/construcción y energía. Mientras los autobuses han sido el núcleo del negocio, la compañía espera que para 2025 los camiones sean un segmento importante. También espera que Europa siga siendo su principal mercado (50‑60 %), seguida de Norteamérica (25 %).
Se espera que las pilas de combustible para camiones continúen creciendo y representen un mercado de $7.5 B en 2030 (de un TAM de $195 B), casi tan grande como todas las demás aplicaciones de hidrógeno/pilas de combustible combinadas.
Fuente: Ballard
Debido a la mayor potencia requerida y la necesidad de carga rápida, los vehículos de carga pesada han sido una buena opción para hidrógeno y pilas de combustible frente a vehículos más ligeros como automóviles. También reduce la necesidad de catenaria para ferrocarril y recarga rápida para transporte de larga distancia.
Fuente: Ballard
La compañía tampoco es ajena al amoníaco, con, por ejemplo, un contrato reciente con Amogy para proveerle pilas de combustible para su “plataforma amoníaco‑a‑energía que depende de una tecnología única de cracking de amoníaco”.
Mientras los vehículos eléctricos tienen una oportunidad razonable de tomar rápidamente los mercados de automóviles, los vehículos más pesados son más difíciles de descarbonizar. Con su liderazgo establecido en el sector, Ballard sería un beneficiario principal de un impulso político hacia una economía del hidrógeno.
4. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive ha creado un sistema modular/contenedor de generación de amoníaco verde. Su primer objetivo es el sector agrícola, permitiendo la producción de amoníaco in‑situ con energía producida localmente. El sistema puede generar hasta 300 kg/día, 100 toneladas al año de amoníaco por CA$950,000.
Fuente: Fuel Positive
Esto lo convierte en un sistema adecuado para granjas de hasta 1,800 acres. Con solo 1.5 acre de terreno cubierto con paneles solares basta para alimentar la generación de amoníaco.
Fuente: Fuel Positive
FuelPositive afirma que su sistema puede producir amoníaco por CA$560/ton, lo cual está en línea con el precio histórico y, más importante, protegería a los agricultores de la extrema volatilidad de precios que experimentaron en los últimos años, cuando el amoníaco llegó a $1350/ton en un momento.
Fuente: BusinessAnalitIQ
La startup está en una etapa temprana, con producción a gran escala programada para 2025, y 30 pedidos confirmados hasta ahora, con la primera entrega prevista para marzo de 2024.
La principal fortaleza de FuelPositive es la modularidad de su tecnología, lo que permite un enfoque más distribuido y una producción en masa estandarizada de su módulo de generación de amoníaco.
La empresa está construyendo una asociación con Cipher Neutron, que puede producir hidrógeno sin ningún metal del grupo del platino.
Si bien el enfoque principal es la producción de fertilizantes, el amoníaco podría usarse para alimentar motores agrícolas con energía producida in‑situ, dependiendo de la velocidad de adopción de herramientas agrícolas impulsadas por amoníaco/hidrógeno.
La naturaleza descentralizada y modular de los sistemas de FuelPositive también podría convertirlos en un elemento clave de una futura economía del amoníaco. El mercado de fertilizantes puede proporcionar el espacio para que la empresa crezca hasta que el uso de hidrógeno y amoníaco sea más generalizado.
5. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower es similar a FuelPositive en que ofrece sistemas modulares de generación de amoníaco, pero a mayor escala, con su módulo base capaz de producir 4 ton/día. Esto sitúa a la compañía más en el campo de granjas muy extensas (más de 10,000 acres) o operaciones industriales como textiles, refrigeración, minería, farmacéutica o semiconductores.
Fuente: AmmPower
La empresa está en proceso de construir su libro de pedidos, con un potencial de reservas a corto plazo estimado en $30 M, y perspectivas de venta para 690 unidades de 52 países.
La compañía estima que el costo de la electricidad será de alrededor de $360/ton de amoníaco.
La modularidad del sistema permite una rápida puesta en marcha y entregas, con menos de un año comparado con los 3‑4 años de proyectos similares sin el enfoque modular.
También está trabajando en tecnología para transformar residuos en amoníaco, en una empresa conjunta con CTEC Energy Sales USA.
Para avanzar el progreso del amoníaco hacia una economía hidrógeno‑amoníaco, está creando una subsidiaria dedicada al cracking de amoníaco en hidrógeno, que buscará financiación adicional por separado.
Al alcanzar la escala que podría encajar en la mayoría de los usos industriales, así como en granjas muy extensas, AmmPower apunta a clientes y compañías con mayor acceso a capital que la mayoría. Combinado con la tecnología de cracking de amoníaco, esto podría permitirle escalar rápidamente siguiendo políticas que impulsen el desarrollo del hidrógeno como portador de energía.
