Novas perspectivas para o amoníaco verde
O estudo fornece um modelo para uma instalação de produção flexível em termos de carga - e custos mais baixos
A conversão da produção de amoníaco num processo de baixas emissões é um dos principais desafios na luta contra as alterações climáticas. O amoníaco, um dos produtos químicos mais produzidos em todo o mundo, é essencial para a indústria dos fertilizantes e, por sua vez, para a produção de alimentos à base de plantas. No entanto, a sua produção é dispendiosa e provoca elevadas emissões. Uma equipa de investigação do Forschungszentrum Jülich, da Universidade Técnica de Munique e da empresa química Linde Engineering realizou um estudo que simula o aspeto de um reator para produzir amoníaco de forma rentável e ecológica, ou seja, com base em energias renováveis. Os resultados foram agora publicados no International Journal of Hydrogen Energy.
O amoníaco como ameaça para o clima
De acordo com a British Royal Society, a produção global de amoníaco gera anualmente cerca de 500 milhões de toneladas de CO₂. Isto equivale às emissões anuais de CO₂ da Alemanha e a cerca de 1,8 % das emissões globais. A principal razão para isto é que a síntese convencional de amoníaco requer hidrogénio, que até agora tem sido obtido quase exclusivamente a partir de gás natural - um processo que liberta grandes quantidades de CO₂.
O amoníaco verde oferece aqui uma alternativa amiga do clima - o hidrogénio (H2) necessário não é obtido a partir do gás natural, mas da água através da eletrólise. A água é dividida em oxigénio (O2) e hidrogénio utilizando eletricidade proveniente de energias renováveis. O hidrogénio resultante reage depois com o azoto (N2) do ar para formar amoníaco (NH₃) através do processo Haber-Bosch.
O problema é que a eletricidade proveniente da energia eólica e solar não está continuamente disponível. Como resultado, a eletrólise não fornece constantemente a mesma quantidade de hidrogénio - o fornecimento ao sistema é, portanto, flutuante. Para que uma fábrica de amoníaco possa responder de forma flexível a estas flutuações, deve ser capaz de aumentar ou diminuir a sua produção, ou seja, deve ser flexível em termos de carga.
No entanto, os sistemas convencionais são concebidos para um funcionamento contínuo e constante. As rápidas mudanças de carga conduzem a fortes flutuações de pressão no interior dos reactores e das condutas. Isto coloca uma grande tensão mecânica sobre os componentes. Para resistir a este esforço a longo prazo, os aparelhos teriam de ser construídos com paredes mais espessas e materiais mais robustos. Isto aumentaria consideravelmente os custos e tornaria a construção muito mais complexa.
E é precisamente aqui que entra o novo estudo. O estudo mostra como estas flutuações de pressão podem ser reduzidas através de um sistema de controlo inteligente. Isto, por sua vez, reduz os requisitos impostos à estabilidade mecânica das instalações
Nova solução para antigas flutuações
"Para que o amoníaco verde contribua para a luta contra as alterações climáticas, os custos têm de ser competitivos", afirma o Prof. Andreas Peschel, diretor do Instituto para uma Economia Sustentável do Hidrogénio do Forschungszentrum Jülich e coautor do estudo.
De acordo com o estudo, isto pode ser conseguido com um novo tipo de controlador de pressão no que é conhecido como um circuito de amoníaco. Esta etapa de produção garante que os gases de reação não utilizados, como o hidrogénio e o azoto, sejam reintroduzidos no processo. De acordo com as simulações da equipa, o controlo flexível deste circuito permite alterações de carga a alta velocidade e com baixas flutuações de pressão.
A produção pode ser alterada em 3 % no espaço de um minuto - uma velocidade que não é possível com as actuais instalações baseadas em gás natural. Isto significaria que, no futuro, seriam suficientes amortecedores mais pequenos e paredes mais finas para os componentes do sistema, o que reduziria os custos de material.
Num estudo anterior, a equipa apresentou um tipo de reator com funcionamento flexível. O próximo passo está agora definido no Forschungszentrum Jülich - instalações piloto que demonstram o novo sistema de controlo de pressão e a dinâmica de alta carga em condições realistas.
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Publicação original
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