Edelmira Valero Ruiz, Universidad de Castilla-La Mancha y Jesús Iniesta Valcárcel, Universidad de Alicante
Es lo típico que elegiría MacGyver si le dejáramos en una isla desierta con la misión de revalorizarla y la condición de elegir un único compuesto químico para llevarse. Porque la lista de las aplicaciones del amoniaco es interminable: producción de urea y ácido úrico para la fabricación de plásticos, medicamentos y explosivos, tintes para ropa y cabello, nailon, pinturas, limpieza, minería, alimentación y muchas otras.
Por algo, es el segundo compuesto más utilizado en el mundo –solo precedido por el ácido sulfúrico–, con 235 millones de toneladas en 2019 y una previsión de 290 millones de toneladas para 2030.
Pan de aire
El químico alemán Fritz Haber fue quien desarrolló en 1908 la síntesis del amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. Ello permitió la producción masiva de fertilizantes y causó una auténtica revolución de la agricultura a principios del siglo XX.
Este compuesto se ganó así el apodo de “pan del aire”, pues permitió salvar de la hambruna a millones de personas, cambiando la historia de la humanidad para siempre.
Sin embargo, también tiene su lado oscuro: durante la Primera Guerra Mundial, este mismo proceso permitió la producción de pólvora y explosivos que acabaron con muchas vidas.
La tubería de transporte de amoníaco más grande del mundo, fluyendo desde la planta TogliattiAzot, en Rusia hasta Odesa en Ucrania.
Wikimedia Commons., CC BY
De artículo de limpieza a refrigerante
¿Quién no conoce el amoniaco? En su forma pura es un gas incoloro, de olor desagradable, tóxico y peligroso.
Todos estamos acostumbrados a verlo en los supermercados, donde se vende diluido en agua a una concentración entre el 5-10 %. Sin embargo, en las próximas décadas, muy probablemente nos tendremos que acostumbrar a encontrarlo en más sitios, por su elevado potencial para diversos usos, con menor impacto ambiental.
De hecho, actualmente se utiliza en sistemas de sistemas de refrigeración industrial (refrigerante R-717) por sus importantes ventajas medioambientales: un potencial de calentamiento global y de agotamiento de la capa de ozono nulos, además de un mayor rendimiento. Son cualidades que convierten a nuestro protagonista en una opción mucho más ecológica y a menor coste.
Eso sí, esas instalaciones requieren mantenimiento riguroso y estrictas medidas de seguridad, incluyendo sensores y equipos de protección individual.
Motor de Gas amoniacal, dibujado por Alfred Waud in 1871.
Wikimedia Commons., CC BY
Sensores inteligentes: olfatos electrónicos
Y es que la toxicidad del amoniaco exige que cualquier instalación que lo utilice cuente con sistemas de detección y seguridad adecuados.
En este sentido, es fundamental el desarrollo de sensores sensibles y robustos, tanto en ambientes exteriores como interiores. Según la Occupational Safety and Health Administration, el límite máximo de exposición al amoníaco a 25 ppm es de 8 horas, y a 35 ppm, de 10 minutos.
Incluso el olfato de un sabueso actuaría como un biosensor capaz de percibir concentraciones muy por debajo de las indicadas, aunque afectando sus vías respiratorias. Por ello, MacGyver, pensando en el bienestar de su mascota, seguramente fabricaría un sensor inteligente para detectar el amoniaco a tiempo.
Combustible limpio con mucho potencial
Por otra parte, una de las aplicaciones más prometedoras es su utilización como combustible limpio. Al no contener carbono en su molécula, no emite dióxido de carbono, por lo que podría desempeñar un papel crucial en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y en la lucha contra el cambio climático.
La química lo deja muy claro: la combustión del amoniaco, en condiciones ideales, solo emite nitrógeno y agua, que no son contaminantes. Sin embargo, en la práctica, a las temperaturas típicas de ignición, siempre se formarán óxidos de nitrógeno (NOx), que sí son contaminantes significativos y requieren un control estricto de sus emisiones.
En todo caso, ha demostrado ser muy eficaz como combustible: un litro de amoniaco produce casi tres veces más energía que la misma cantidad de hidrógeno comprimido. Así, llenar el depósito con este compuesto permitiría viajar casi el triple de kilómetros que un vehículo de hidrógeno. Además, permite un repostaje más rápido que la carga de un vehículo eléctrico, su almacenamiento es menos peligroso y más económico y las baterías serían menos pesadas.
La nave X-15 usó amoníaco como uno de los componentes del combustible del motor del cohete.
Air Force US / Wikimedia Commons., CC BY
No es oro todo lo que reluce
El problema es que las elevadas emisiones de NOx pueden afectar mucho a la calidad del aire que respiramos. Por ello, es necesario buscar nuevas estrategias para aprovechar el potencial del amoniaco, como la mezcla con otros combustibles o la combustión a temperaturas más bajas.
A esto hay que añadir que tiene un rango de inflamabilidad muy estrecho, lo que aumenta el riesgo de apagado o de combustión incompleta, algo que puede ser peligroso por acumulación de amoniaco. Estas desventajas subrayan la necesidad de desarrollar sensores más precisos para un uso seguro.
Almacenaje de energía
Otra aplicación interesante sería utilizar el amoniaco como vector energético para almacenar energía en forma de hidrógeno. ¿La razón? Puede ser almacenado y transportado a presión atmosférica en fase líquida a temperatura más moderada (-33 ºC) que el hidrógeno (-253 ºC). Además, ya existen infraestructuras de transporte y almacenamiento de amoniaco, lo que contribuiría a una más rápida y económica implementación de esta tecnología.
Después, con el fin de extraer la energía almacenada, se rompe la molécula y se utiliza el hidrógeno resultante para alimentar pilas de combustible o motores para generar electricidad.
Sin embargo, este es un proceso endotérmico que requiere catalizadores muy activos, todavía en fase de desarrollo.
¿Indicador de vida en Marte?
La nave espacial europea Mars Express identificó la presencia de amoniaco en la fría atmósfera de Marte –aunque, en estas condiciones, la vida media de la molécula es corta y debe renovarse continuamente–.
Es un hallazgo fascinante que podría indicar la existencia de vida, pues este compuesto solo puede ser generado por volcanes o microbios.
Mientras, en la Tierra, por todas sus aplicaciones y posibilidades –y salvando sus potenciales riesgos–, no es de extrañar que en un artículo publicado en la revista Nature Geoscience los autores se pregunten: ¿habrá otra patente que cambie el mundo tanto como lo hizo la registrada por Fritz Haber en 1908?
Edelmira Valero Ruiz, Catedrática de Química Física, Universidad de Castilla-La Mancha y Jesús Iniesta Valcárcel, Catedrático Universidad, Universidad de Alicante
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.