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Santiago de Chile. Mar 28/06/2022

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El potencial del hidrógeno verde para descarbonizar al agro

Este elemento, generado a través de energías renovables, permite crear amoniaco verde que es la materia prima para fabricar fertilizantes nitrogenados en un proceso que evitaría la emisión de cerca de 450 millones de toneladas de CO2. Los desafíos para su masificación radican en el costo de la tecnología y en el reducido mercado disponible para su comercialización.

Miércoles, 06 de abril de 2022 a las 8:30
- El hidrógeno verde es catalogado por los expertos como el combustible del futuro.
Crédito: El Mercurio
No solo el agro

Si bien la producción de amoniaco verde beneficia directamente al agro a través de la síntesis de fertilizantes nitrogenados, tales ventajas también apuntan a otros sectores como por ejemplo la industria naviera, a través de la cual se transporta, entre otras cosas, la fruta producida por Chile.

“Ya hay esfuerzos en ese sentido y habría que recordar también que existen en el mundo 120 puertos con infraestructura especializada para facilitar el almacenamiento y distribución del amoniaco, por lo que la creación de un mercado orientado al amoniaco verde no implica necesariamente empezar de cero”, dice Adrián Duhalt.

Rolando Araos Millar

El hidrógeno verde (H2V) —nombre que recibe este gas cuando es generado a través de energías renovables como la eólica o solar— es considerado como el insumo energético del futuro para el agro, debido a que al ser mezclado con nitrógeno (N) permite crear amoniaco verde (NH3), que es la materia prima para fabricar fertilizantes nitrogenados.

Si bien el amoniaco verde en términos químicos es igual al amoniaco gris o tradicional, este último es generado a partir de combustibles fósiles, los que, según la Agencia Internacional de la Energía, emitieron cerca de 450 millones de toneladas de CO2 en 2020.

“El amoniaco verde implica descarbonizar un proceso convencional de producción que es responsable del 1% a 2% de las emisiones globales de carbono. Además, tiene el potencial de convertirse en un protagonista de la transición energética”, explica Adrián Duhalt, investigador posdoctoral en temas de energía del Instituto Baker de la Universidad de Rice en Houston, Estados Unidos.

Según los expertos, esta característica “descarbonizadora” podría ser una herramienta fundamental para combatir el cambio climático y entregar así una mayor sustentabilidad y sostenibilidad a la industria de los fertilizantes nitrogenados en particular y al agro en general.

Por lo mismo, en la actualidad son varios los países en el mundo que cuentan con estrategias o políticas asociadas al hidrógeno verde.

“Se pueden destacar Alemania, Francia, Corea, Japón, Australia, España, Portugal, Canadá, Reino Unido e incluso estados como California en Estados Unidos, aunque varios de ellos consideran dentro de sus estrategias el importar hidrógeno verde”, dice Nicolás Westenenk, director de Medio Ambiente y Cambio Climático de Generadoras de Chile.

Sin embargo, los expertos coinciden en que la masificación del hidrógeno verde se ve compleja, debido a que hoy no existe un mercado nacional ni internacional, lo que lleva a que sea más caro que el gris o tradicional, producido con combustibles fósiles.

“Para que haya una oferta se tiene que crear la demanda. Uno de los proyectos de ley enviados al congreso es para la inyección de hidrógeno verde en redes de gas natural (blending) para así disminuir los gases de efecto invernadero en el uso del gas natural. Este tipo de medidas genera una gran demanda local, para lo que se incentiva la oferta local”, dice Erwin Plett, Socio Gerente de Low Carbon Chile y director de H2 Chile, la Asociación Chilena de Hidrógeno.

Además, su producción requiere de infraestructura y tecnología (proceso de electrólisis) que por estos días tiene un alto costo.

“Una vez que se desarrollen a mediano-largo plazo las economías de escala para disminuir costos de producción y de las tecnologías de electrolizadores, será posible generar producciones locales de fertilizantes”, proyecta Camila Niño, ingeniera de proyectos y consultora sobre temas de hidrógeno de ENGIE Laborelec.

Los hidrógenos verde y gris son equivalentes en términos químicos, pero se diferencian por los combustibles que son utilizados para su generación.
Animación: Rolando Araos M.

Los beneficios de producir en Chile

Los expertos coinciden en que una vez que se comience a producir amoniaco verde en Chile, no solo se disminuirán las emisiones de CO2 al fabricar fertilizantes, sino también los productores podrán acceder a productos más baratos, ya que no se tendrá que importar el material desde el extranjero.

“Chile no tiene una planta propia de amoniaco e importa unas 350.000 toneladas por año para sintetizar sus fertilizantes y explosivos. A nivel mundial, se producen unos 180 millones de toneladas de amoniaco anualmente de los cuales el 80% va a la producción de fertilizantes”, dice Erwin Plett.

Además, comenta Plett, Chile tiene un potencial de energías renovables que permitiría producir anualmente seis veces la producción mundial actual de amoniaco, lo que llevaría a que este fuera verde y mucho más amigable con el medioambiente.

El hidrógeno verde ayudaría a paliar una serie de gastos energéticos en el país.
Animación: Rolando Araos M.

“Lo que estamos esperando con mucha expectación es el desarrollo comercial de pequeñas plantas de amoniaco que tengan una eficiencia aceptable para ser rentables con el objeto de descentralizar la producción y evitar el transporte de estos fertilizantes por miles de kilómetros”, asegura Plett.

Dicha espera podría tener su recompensa para los años 2030 a 2035, cuando según proyecciones el aumento en los niveles de desarrollo de las tecnologías —gracias a la investigación y los niveles de apalancamiento de la demanda internacional por el hidrógeno y amoniaco verde—, podría crear un escenario propicio para Chile.

“Dadas las proyecciones de economías de escalas a 2030-2035 (…) se vislumbra la posibilidad de que los productores puedan independizarse de los costos de importación (transporte y distribución) con la producción local de hidrógeno verde, amoníaco y posteriormente nitrato de amonio (fertilizantes) a productores químicos locales”, dice Camila Niño.

Es más, los expertos creen que en ese escenario existe la opción de que Chile se transforme en un exportador de su amoniaco sobrante.

“El amoniaco viene a ser un excelente carrier o vector energético a través del cual se puede transportar el hidrógeno verde, por lo que no solo se ve como un elemento de uso directo para la agricultura, sino que también como un compuesto que servirá para exportar el hidrógeno producido”, asegura Pablo Tello, asesor técnico del Programa Energías Renovables y Eficiencia Energética de la Sociedad Alemana de Cooperación Internacional (GIZ Chile).

De hecho, Tello dice que en GIZ Chile están elaborando un estudio sobre el potencial del hidrógeno verde en nuestro país y, una de las ventajas es que a futuro los mercados mundiales estarán más propensos a consumir productos cuya huella de carbono sea baja.

“Por lo tanto, nuestras exportaciones de frutas, por ejemplo, deberán mirar más detalladamente su huella de carbono”, indica Tello.

Los proyectos que asoman

De acuerdo con Erwin Plett, hay más de 60 proyectos de hidrógeno verde registrados en el país, de los cuales la mayoría se encuentra en etapas de prefactibilidad y factibilidad técnico-económica.

Uno de los que ha logrado iniciar su funcionamiento es la estación de recarga de hidrógeno o hidrogenera de Anglo American Las Tórtolas, ubicada en Colina, Provincia de Chacabuco, Región Metropolitana.

“Esta produce hidrógeno verde alimentado por una planta fotovoltaica ubicada en la misma instalación, para abastecer de hidrógeno a la grúa horquilla que se encuentran en la bodega aledaña. Esta hidrogenera está también equipada con un banco de baterías y pilas de combustible que permitirán pronto inyectar electricidad a la red eléctrica local de Anglo American”, comenta Camila Miño.

Otro caso es el proyecto HyEX, ubicado en Antofagasta, que busca producir hidrógeno verde para generar fertilizantes y explosivos mineros para tronadura. Este se encuentra en búsqueda de subsidios para la inversión inicial de la tecnología y diseño estructural.

Por otro lado, agrega Niño, está el proyecto piloto HIF en Magallanes, enfocado en la producción de combustibles limpios o e-fuels a partir de la construcción de una planta de producción de hidrógeno verde alimentada con energía eólica. La primera etapa piloto industrial tiene aprobada su Declaración de Impacto Ambiental (DIA), está en construcción y los equipos vienen navegando.

“Adicionalmente, existen entidades como CORFO que han elegido 6 proyectos para otorgar subsidios a la inversión inicial de estos, junto con consorcios que se están formando entre entidades de la triple hélice (públicos, privados y academia) para generar I+D a través de la generación de proyectos piloto para producción de hidrógeno verde”, complementa la ingeniera de proyectos y consultora sobre temas de hidrógeno de ENGIE Laborelec.

Las energías renovables, como la solar y la eólica, serán fundamentales para el despegue del hidrógeno verde.
Animación: Rolando Araos M.

Cómo se generan el hidrógeno y el amoniaco verde

La generación de hidrógeno verde conlleva una serie de desafíos aún por superar, debido a que la electricidad renovable necesaria para su producción es costosa. De hecho, para lograrlo, es necesario seguir una serie de pasos que se destacan a continuación.

El primer paso es extraer agua de mar o de río y llevarla hasta un electrolizador en calidad ultrapura. Este es capaz de disociar (separar), a través de corriente continua, las moléculas de hidrógeno y de oxígeno del agua. Si este paso se realiza con electricidad renovable, el resultado es hidrógeno verde; si se realiza con electricidad termoeléctrica se obtiene hidrógeno gris, que tiene el mismo atributo que el hidrógeno convencional proveniente de combustibles fósiles.

“La respuesta está en obtener hidrógeno vía electrólisis del agua usando electricidad proveniente de fuentes renovables. Lo anterior indica que aumentar la capacidad para producir amoniaco verde debe estar acompañada de una mayor capacidad para generar energías como la eólica o fotovoltaica a costos competitivos”, asegura Adrián Duhalt.

El proceso de electrólisis se produce dentro de una pila electrolizadora o electrolizador, que consiste en un dispositivo electroquímico que estructuralmente posee un cátodo y un ánodo, separados entre sí por una membrana o electrolito que permite el intercambio iónico provenientes de las reacciones catódica y anódica (reacciones de óxido-reducción) las que disocian el agua en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2).

“El suministro eléctrico se conecta entre ambos cátodo y ánodo, los cuales están en contacto directo con el agua para producir la electrólisis”, explica Camila Niño.

Tras ese proceso de electrólisis, el hidrógeno generado se puede guardar en recipientes adecuados para su traslado a las industrias o empresas que puedan emplearlo.

En el caso del amoniaco verde, este requiere que el hidrógeno verde obtenido en la electrólisis atraviese un segundo proceso llamado Haber-Bosch donde, a través de altas presiones y temperaturas, se fija el nitrógeno del aire con el hidrógeno verde para formar el amoniaco verde.

”En términos generales, para producir amoniaco (NH3) se hace reaccionar nitrógeno, separándolo del aire de la atmósfera, con hidrógeno”, explica Pablo Tello.

Tras esto, se requiere neutralizar el amoniaco verde con ácido nítrico, para después continuar con la evaporación de esta solución y la solidificación de esta a través de procesos de acondicionamiento o cristalización.

Al finalizar este procedimiento se obtiene nitrato de amonio, fertilizante comúnmente utilizado en los campos.

“En realidad, los fertilizantes son productos finales o commodities que se venden para aplicaciones o usos finales, mientras que el hidrógeno verde es el insumo o materia prima fundamental para su producción”, explica Camila Niño.

Conozca cómo generar hidrógeno y amoniaco verde, paso a paso.
Presentación: Rolando Araos M.


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