Fertilizantes da vizinhança – onde as fábricas locais de amoníaco fazem sentido do ponto de vista económico
Haber-Bosch: agora elétrico
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As instalações de pequena escala poderiam produzir amoníaco diretamente nos locais onde este é necessário. Uma análise global em que participou o Instituto Paul Scherrer (PSI) revela em que locais e em que condições essas mini-instalações poderiam funcionar de forma económica e com baixas emissões de carbono. O amoníaco é indispensável para a produção de fertilizantes e, no futuro, poderá também servir como combustível para navios.
A amoníaca é um dos produtos químicos mais importantes do mundo: sem ela e sem os fertilizantes dela derivados, os campos em todo o mundo produziriam menos alimentos – muitas prateleiras dos supermercados estariam vazias. Atualmente, esta matéria-prima essencial é produzida principalmente em algumas grandes fábricas químicas e transportada por longas distâncias. Investigadores do Instituto Paul Scherrer (PSI), da ETH Zurique e da Carnegie Institution for Science da Universidade de Stanford, nos EUA, investigaram agora onde é que instalações de pequena escala poderiam produzir o material de forma a baixas emissões de carbono e perto da procura.
«As instalações descentralizadas poderiam encurtar as cadeias de abastecimento, reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e tornar o abastecimento de fertilizantes mais robusto», afirma Tom Terlouw, cientista do Laboratório de Análise de Sistemas Energéticos do PSI e autor principal do estudo. «Mas não seriam automaticamente de baixo carbono nem económicas. Os fatores cruciais são a sua localização e a fonte de eletricidade.»
Por isso, a equipa de investigação analisou locais potenciais e condições-quadro em cerca de 13 000 cenários em todo o mundo — desde Espanha e os Países Baixos até à China e à Índia, passando pelo Brasil, Nigéria, África do Sul e Austrália.
Haber-Bosch: agora elétrico
Estima-se que a produção atual de amoníaco seja responsável por um a dois por cento das emissões globais de gases com efeito de estufa. A razão: no processo clássico de Haber-Bosch, o azoto do ar é combinado com hidrogénio. Este hidrogénio provém geralmente do gás natural; a sua produção gera emissões substanciais de dióxido de carbono.
Uma alternativa com menor pegada de carbono consiste em produzir hidrogénio por eletrólise. Neste processo, a água é decomposta em hidrogénio e oxigénio através da eletricidade. Se a eletricidade for proveniente de energia eólica, solar ou de outras fontes renováveis, a amoníaca pode ser produzida com emissões de carbono significativamente mais baixas.
«A amoníaca é uma das aplicações mais sensatas para o hidrogénio verde», afirma Terlouw. «Os automóveis ou os sistemas de aquecimento podem ser eletrificados diretamente. Mas continuamos a precisar de hidrogénio para produzir amoníaca.»
As instalações mais pequenas e modulares funcionam a pressões e temperaturas mais baixas do que as instalações convencionais de grande escala e podem ser mais facilmente integradas com fontes de energia renováveis. Estas mini-instalações poderiam reduzir as emissões e minimizar a dependência das cadeias de abastecimento globais. As recentes tensões em torno do Estreito de Ormuz demonstraram o quão vulneráveis estes sistemas podem ser: os preços dos fertilizantes subiram acentuadamente em resposta a esta situação.
A localização é decisiva
É evidente que converter totalmente a produção global de amoníaco para hidrogénio proveniente da eletrólise exigiria enormes quantidades de eletricidade. «É precisamente por isso que precisamos de analisar cuidadosamente onde o novo método de produção vale realmente a pena», afirma Terlouw. «A tecnologia deve ser implementada onde fizer sentido do ponto de vista ecológico e económico.»
As chamadas centrais híbridas apresentam o melhor desempenho. Estas combinam a eletricidade proveniente de centrais eólicas e solares locais com a eletricidade da rede pública. Embora as centrais totalmente fora da rede produzam as emissões mais baixas, atualmente costumam ter custos mais elevados de instalação e operação, uma vez que requerem armazenamento adicional, bem como centrais solares e parques eólicos de maior dimensão.
«De um modo geral, a amoníaca produzida por eletrólise continua a ser, atualmente, mais cara do que a produzida através de métodos tradicionais», afirma Terlouw. «Em algumas regiões, no entanto, já pode aproximar-se dos preços de mercado atuais — especialmente onde a eletricidade é barata, as fontes de energia renováveis são abundantes e os custos de financiamento são baixos.» É o caso, por exemplo, da China e dos Países Baixos.
Ao mesmo tempo, os investigadores alertam para que não se classifique automaticamente a amoníaca produzida eletricamente como de baixo carbono. O seu estudo demonstrou que, se a eletricidade da rede provier predominantemente de centrais a carvão — como na Polónia ou na África do Sul —, o impacto climático pode ser ainda pior do que com a produção convencional.
A equipa teve em conta não só as emissões diretas, mas também o impacto ambiental ao longo de todo o ciclo de vida, incluindo a produção de eletrolisadores, centrais solares e eólicas, baterias e sistemas de armazenamento.
Oportunidades para a Europa e a Suíça
A Suíça não possui instalações industriais de produção de amoníaco; importa tanto fertilizantes minerais acabados como a própria matéria-prima, principalmente de países vizinhos. Por isso, as instalações locais são fundamentalmente atrativas, afirma Terlouw. Uma vantagem é a eletricidade da rede suíça, comparativamente de baixo carbono, proveniente da energia hidrelétrica e nuclear; os combustíveis fósseis representam uma percentagem muito pequena, inferior a dois por cento.
Até 2050, a viabilidade económica do processo elétrico poderá melhorar significativamente. A redução dos custos dos eletrolisadores, do armazenamento e da energia proveniente de fontes renováveis poderá tornar as instalações descentralizadas de amoníaco competitivas em muitas regiões. «Tecnicamente, há muitas possibilidades», afirma Terlouw. «Mas para que esta tecnologia se consagre, são necessários investimentos, normas claras para a amoníaca de baixo carbono e, acima de tudo, um ambiente político estável que apoie de forma fiável a descarbonização da indústria.»
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