Ciencia aplicada: investigadores chilenos acompañan ofensiva nacional del amoniaco verde

El amoniaco, obtenido mediante la combinación hidrógeno y nitrógeno, se produce y transporta desde hace más de 100 años. A nivel mundial, existen conocimientos e infraestructura para su uso y, en Chile, los potenciales exportadores consideran que esta molécula es un atractivo medio de transporte para el hidrógeno, dada su relativa facilidad de almacenamiento y licuefacción.

Mientras el sector local del hidrógeno verde va lentamente ganando terreno, el Instituto Milenio en Amoniaco Verde Como Vector Energético (MIGA), que consiguió financiamiento por 10 años con la agencia nacional de investigación y desarrollo ANID, está llevando a cabo investigaciones paralelas.

Para conocer más detalles de estas iniciativas, BNamericas conversó con Pamela Delgado, directora ejecutiva de MIGA, entidad fundada y liderada por 10 investigadores principales de cuatro universidades: Pontificia Universidad Católica, Universidad de Santiago de Chile, Universidad de Talca y Universidad Austral de Chile.

Entre estudiantes, investigadores y una unidad administrativa participan alrededor de 120 personas.

Esta es la primera entrega de una entrevista de dos partes.

BNamericas: ¿Puede contarnos más de su trabajo? ¿Cuál es el enfoque de MIGA?

Delgado: Nuestra propuesta de investigación central es hacer producción del amoniaco por una vía novedosa. Lo que propusimos en nuestro proyecto de investigación fue obtener este amoniaco mediante una vía que se ha denominado electrólisis por tándem, es decir, con una serie de reacciones electroquímicas en cadena. Al ingresar a un dispositivo agua y aire, se obtiene amoniaco directamente. No se pasa por los pasos intermedios de hacer la electrólisis del agua para obtener el hidrógeno, ni se pasa luego por el proceso Haber-Bosch, que es muy demandante en energía, para obtener el amoniaco.

BNamericas: ¿La idea entonces es producir amoníaco utilizando un solo sistema o unidad?

Delgado: Sí. Esta propuesta está en sus primeras etapas de investigación, no es algo que podamos pensar que va a estar disponible para la industria en diez años, por ejemplo. Los horizontes son mucho mayores y las tasas de iteración, prueba y error, son bastante altas.

Nuestra propuesta —y una de las razones por las cuales ha concitado gran interés del sector público y el privado— también incluye otras líneas de investigación que tienen que ver con el desarrollo de dispositivos para el uso directo del amoniaco, con procesos de corrosión y desgaste que puedan tener los materiales; las posibilidades de combustionar el amoniaco directamente; y con la economía del amoniaco, es decir, cómo este vector energético se puede insertar en la matriz productiva a nivel del país.

Esas líneas de investigación se aplican al mercado en general, no solo a este tipo de producción de amoniaco que estamos abordando en la investigación básica.

BNamericas: ¿Están realizando trabajos en diversas áreas?

Delgado: Exactamente, son cinco líneas de investigación. La primera es la de electrocatálisis para la producción amoniaco. La segunda es el proceso inverso, ya que muchos dispositivos hoy en día se están diseñando para el uso de hidrógeno. Si pensamos en que vamos a usar el amoniaco como transportador de hidrógeno, hay que hacer el proceso inverso.

BNamericas: ¿Se refiere a “craquear” el amoniaco para obtener hidrógeno?

Delgado: Exactamente, pero técnicamente no utilizamos el término cracking en este caso por una especificidad química. Hay distintos procesos para romper la molécula y el que nosotros estamos usando es un tipo de oxidación para obtener hidrógeno.

La tercera línea de investigación son los dispositivos para el uso directo del amoniaco, principalmente celdas de combustible. La cuarta corresponde a los procesos de corrosión y desgaste de los componentes de los sistemas, y la combustión del amoniaco.

La quinta es la economía del amoniaco.

BNamericas: Esta última línea es particularmente interesante. ¿Qué potenciales casos de uso se identifican hasta ahora en Chile?

Delgado: Chile tiene la particularidad de ser un mercado bastante pequeño, por lo que la producción de amoniaco verde, hasta el momento, hace sentido [económico] solo si es en grandes volúmenes para exportar.

Hoy en Chile la importación de amoniaco, que se utiliza principalmente para la producción de explosivos para la minería, nitrato de amonio, es de alrededor de 350.000t al año.

Sin embargo, los proyectos de amoniaco verde basados en la tecnología tradicional, es decir, el proceso Haber-Bosch, que utiliza hidrógeno verde como insumo, tienen sentido desde producciones de 750.000t anuales hacia arriba.

Los proyectos de amoniaco que hoy tenemos en cartera y que están más confirmados son alrededor de ocho en la zona norte y ocho más en la zona sur, en Magallanes. Prácticamente todos son de más de 1 millón de toneladas anuales, es decir, un proyecto es casi tres veces más amoniaco del que demandamos anualmente.

Sin volúmenes gigantescos, lo que implica que, en términos económicos, se está viendo principalmente como un vector para exportar a Asia, Europa, por ejemplo.

No obstante, hoy en día el principal uso del amoniaco a nivel mundial no es para energía, sino para fertilizantes. Todavía ni siquiera está contemplado cómo se podría utilizar en la cadena de valor de los fertilizantes en Chile. Podría ser una alternativa para justificar proyectos en otras zonas, por ejemplo.

BNamericas: ¿Podría ser para la zona central de Chile, que está cerca de la agricultura?

Delgado: Exactamente, si se tienen en cuenta todas las aplicaciones del amoniaco verde a diferentes escalas. Aquí el tema de la escala está dado por la tecnología Haber-Bosch. Sin embargo, están apareciendo otras tecnologías que permiten reducir la escala y tal vez permitirían una producción más distribuida para usos más locales.

BNamericas: ¿Entre estas soluciones estaría, por supuesto, la que están trabajando en MIGA?

Delgado: Exactamente. La solución de electrocatálisis aspira a ser una posibilidad para la producción distribuida de amoniaco. En un futuro, tal vez se podría llegar a tener unidades pequeñas en los sectores agrícolas para la producción de nitrato de amonio como fertilizantes, por ejemplo.

BNamericas: ¿Estamos hablando de algo que se concretaría en la década de 2030?

Delgado: De esta tecnología en particular, es difícil hacer una estimación, porque es de alto riesgo. Puede llegar a un punto en que todos los resultados indiquen que esto no se puede escalar, no lo sabemos, por supuesto.

En estos momentos hay muchas tecnologías y formas de producción que se están desarrollando, algunas más avanzadas que otras. Creo que esto lo vamos a ver, aunque no solo con esta opción tecnológica.