22 mayo, 2024

el amoniaco como alternativa a los carísimos e-fuels

Para descarbonizar el transporte privado, es decir, nuestros coches, todas las marcas tienen o tendrán coches eléctricos de batería. Es actualmente la solución más fácil de implementar a corto plazo, la tecnología existe y está lista para ser usada. Pero no tiene porque ser la solución única. El hidrógeno para las pilas de combustible o los e-fuels son dos otras posibles alternativas. Y también el amoníaco.

¿Usar un producto de limpieza como sustituto de la gasolina? Básicamente, sí. El año pasado, el fabricante chino GAC anunció que había estado trabajando con Toyota en el uso de amoníaco como sustituto de los combustibles fósiles y que había hecho funcionar con éxito un motor de combustión con esta sustancia química libre de carbono en su composición.

Las investigaciones actuales no se centran únicamente en el automóvil, sino en su uso en todo tipo de transportes, especialmente aquellos para los que el uso de baterías no es viable, como los grandes barcos o camiones.

Un nuevo paso hacia el amoníaco como combustible limpio para el futuro

Una molécula de amoníaco contiene tres átomos de hidrógeno y uno de nitrógeno (NH₃), por lo que es inflamable, pero no fácil de encender. Hasta ahora, para compensar ese déficit de ignición, se añadía gasolina. Pero si se quiere usar como carburante limpio, obviamente, no se puede mezclar con un carburante fósil.

Recientemente, la Universidad Sophia, de Tokio, ha estado trabajando para que el amoníaco arda con eficacia en la cámara de combustión de un motor sin necesidad de aditivos fósiles. Y las primeras pruebas indican que lo han logrado.

Sophia Infographic Amoniaco
Sophia Infographic Amoniaco

Fuente: Sophia University.

La investigación se centró en una parte fundamental del desarrollo de motores: aumentar el remolino en la admisión para mejorar la eficiencia de la combustión.

Desde 2019, el equipo de la Universidad de Sophia se ha centrado en los puertos de admisión para mejorar la mezcla antes de que llegue a la cámara de combustión mediante un remolino. Y es que mezclar el combustible y el aire genera los mismos beneficios de eficiencia en un motor de combustión interna, independientemente de que el combustible sea amoníaco, gasolina, gasóleo o cualquier otro.

El objetivo principal de esta investigación era estudiar la relación entre el sistema de admisión del motor y el flujo de gases dentro de los cilindros. El ‘remolino’ resultante describe la forma en la que el aire y el combustible forman un vórtice que combina los dos en una mezcla homogénea, mejorando la combustión y reduciendo las emisiones.

Al optimizar las condiciones de mezcla aire-combustible para una combustión eficiente del amoníaco, el estudio nos acerca a vehículos viables alimentados con amoníaco.

Motor de amoniaco de GAC y Toyota
Motor de amoniaco de GAC y Toyota

Motor de amoníaco de GAC y Toyota

La investigación descubrió que un diseño denominado puerto helicoidal producía un buen efecto de remolino, mientras que en otro diseño tangencial había que trabajar un poco en el tamaño de la abertura del puerto de admisión para crear el efecto deseado.

Es un paso adelante significativo para poder usar el amoniaco como usamos ahora la gasolina o el gasóleo, ya que busca eliminar algunos de sus problemas más importantes: la formación de NOx.

La composición molecular del amoníaco carece de carbono por lo que su uso como combustible permite evitar la emisión de CO₂, CO o partículas de hollín (un subproducto de la combustión incompleta de materiales orgánicos, es decir, que contienen carbono).

Representación artística de las moléculas de amoniaco
Representación artística de las moléculas de amoniaco

Sin embargo, su combustión en los motores genera óxidos de nitrógeno, como el NO₂ y otros NOx, que reaccionan con otras sustancias químicas presentes en el aire para formar partículas, contribuyendo a las lluvias ácidas y atacando la capa de ozono.

Una investigación dirigida por la Universidad de Princeton ilustra que, aunque no sea una fuente de contaminación por emisiones de carbono, el uso generalizado del amoníaco en el sector energético podría suponer un grave riesgo para el ciclo del nitrógeno y el clima si no se toman las debidas precauciones de ingeniería.

La mayoría de las emisiones de NO₂ procedentes de la combustión de amoníaco son el resultado de alteraciones en el proceso de combustión. «El NO₂ es esencialmente una especie intermedia en el proceso de combustión», explica Michael E. Mueller, catedrático y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial. «Si se permite que el proceso de combustión termine, entonces esencialmente no habrá  emisiones de NO₂«. De ahí la importancia de los progresos realizados por la Universidad de Sophia al lograr una mejor mezcla en la combustión.

Mejorando la mezcla de aire y combustible para una combustión más eficiente, estos hallazgos podrían allanar el camino a los vehículos alimentados con amoníaco, apoyando el Objetivo de Desarrollo Sostenible de la ONU para una energía limpia y sostenible.

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