Olvídese de los enormes tanques de acero: algunos científicos quieren fabricar productos químicos con la ayuda de rocas que se encuentran en las profundidades de la superficie de la Tierra.

Una nueva investigación muestra que el amoníaco, una sustancia química esencial para los fertilizantes, se puede producir a partir de rocas a temperaturas y presiones que son comunes en el subsuelo. La investigación se publicó hoy en Joule y MIT Technology Review puede informar en exclusiva que se fundó una nueva empresa, llamada Addis Energy , para comercializar el proceso.

El amoniaco se utiliza en la mayoría de los fertilizantes y es un componente vital de nuestro sistema alimentario moderno. También se está considerando su uso como combustible ecológico en industrias como el transporte transoceánico. El problema es que los procesos actuales que se utilizan para producir amoniaco requieren mucha energía y producen enormes cantidades de gases de efecto invernadero que provocan el cambio climático (más del 1% del total mundial). El nuevo estudio concluye que las condiciones internas del planeta se pueden utilizar para producir amoniaco mediante un proceso mucho más limpio.

“La Tierra puede ser una fábrica de producción química”, afirma Iwnetim Abate, profesor del MIT y autor del nuevo estudio .

Esta idea podría suponer un cambio importante para la industria química, que hoy depende de enormes instalaciones que realizan reacciones a temperaturas y presiones extremadamente altas para producir amoníaco.

Los ingredientes clave para la producción de amoníaco son fuentes de nitrógeno e hidrógeno. Gran parte de la atención que se presta a los métodos de producción más limpios actualmente se centra en encontrar nuevas formas de producir hidrógeno, ya que esa sustancia química constituye la mayor parte de la huella climática del amoníaco, afirma Patrick Molloy, director de la agencia de investigación sin fines de lucro Rocky Mountain Institute.

Recientemente, investigadores y empresas han descubierto depósitos naturales de hidrógeno bajo tierra. Las rocas ricas en hierro tienden a impulsar reacciones que producen el gas, y estos depósitos naturales podrían proporcionar una fuente de hidrógeno de bajo costo y bajas emisiones.

Si bien el hidrógeno geológico todavía está en sus inicios como industria, algunos investigadores esperan ayudar al proceso estimulando la producción de hidrógeno bajo tierra. Con las rocas adecuadas, el calor y un catalizador, se puede producir hidrógeno de forma económica y sin emitir grandes cantidades de contaminación climática.

Sin embargo, el hidrógeno puede ser difícil de transportar, por lo que Abate estaba interesado en ir un paso más allá y dejar que las condiciones subterráneas hicieran el trabajo pesado de impulsar las reacciones químicas que transforman el hidrógeno y el nitrógeno en amoníaco. “Al excavar, se obtiene calor y presión de forma gratuita”, afirma.

Para probar cómo podría funcionar esto, Abate y su equipo trituraron minerales ricos en hierro y añadieron nitratos (una fuente de nitrógeno), agua (una fuente de hidrógeno) y un catalizador para facilitar las reacciones en un pequeño reactor del laboratorio. Descubrieron que, incluso a temperaturas y presiones relativamente bajas, podían producir amoníaco en cuestión de horas. Si se ampliara la escala del proceso, estiman los investigadores, un pozo podría producir 40.000 kilogramos de amoníaco al día.

Aunque las reacciones tienden a ser más rápidas a altas temperaturas y presiones, los investigadores descubrieron que la producción de amoníaco podría ser un proceso económicamente viable incluso a 130 °C (266 °F) y un poco más de dos atmósferas de presión, condiciones que serían accesibles a profundidades alcanzables con la tecnología de perforación existente.

Aunque las reacciones funcionan en el laboratorio, hay mucho trabajo por hacer para determinar si el proceso podría funcionar en la práctica y cómo. Una cosa que el equipo tendrá que averiguar es cómo mantener las reacciones en marcha, porque en la reacción que forma amoníaco, la superficie de las rocas ricas en hierro se oxidará, dejándolas en un estado en el que no pueden seguir reaccionando. Pero Abate dice que el equipo está trabajando en controlar el grosor de la capa inutilizable de roca y su composición, para que las reacciones químicas puedan continuar.

Para comercializar este trabajo, Abate está cofundando una empresa llamada Addis Energy con 4,25 millones de dólares en fondos iniciales de inversores como Engine Ventures. Entre sus cofundadores se encuentran Michael Alexander y Charlie Mitchell (ambos con experiencia en la industria del petróleo y el gas) y Yet-Ming Chiang, profesor del MIT y emprendedor en serie. La empresa trabajará para ampliar la investigación, incluida la búsqueda de sitios potenciales con las condiciones geológicas para producir amoníaco bajo tierra.

La buena noticia para los esfuerzos de ampliación es que gran parte de la tecnología necesaria ya existe en las operaciones de petróleo y gas, dice Alexander, director ejecutivo de Addis. Un sistema implementado en el campo implicará perforar, bombear fluido hacia el suelo y extraer otros fluidos de debajo de la superficie, todas operaciones muy comunes en esa industria. "Hay una química novedosa envuelta en un paquete de petróleo y gas", dice.

El equipo también trabajará para refinar las estimaciones de costos del proceso y comprender mejor la seguridad y la sostenibilidad, dice Abate. El amoníaco es una sustancia química industrial tóxica, pero es lo suficientemente común como para que existan procedimientos establecidos para manipularla, almacenarla y transportarla, dice Molloy de RMI.

Según las primeras estimaciones de los investigadores, el amoníaco producido con este método podría costar hasta 0,55 dólares por kilogramo. Es más que el amoníaco producido con combustibles fósiles en la actualidad (0,40 dólares por kilogramo), pero la técnica probablemente sería menos costosa que otros métodos de bajas emisiones para producir la sustancia química. Los ajustes al proceso, incluido el uso de nitrógeno del aire en lugar de nitratos, podrían ayudar a reducir aún más los costos, incluso a tan solo 0,20 dólares por kilogramo.

Los nuevos métodos para producir amoníaco podrían ser cruciales para las iniciativas relacionadas con el clima. “Es una sustancia química esencial para nuestro modo de vida”, afirma Karthish Manthiram, profesor de Caltech que estudia electroquímica, incluidos los métodos alternativos de producción de amoníaco.

La investigación del equipo parece estar diseñada con la escalabilidad en mente desde el principio, y usar la Tierra misma como reactor es el tipo de pensamiento necesario para acelerar el viaje a largo plazo hacia la producción química sustentable, agrega Manthiram.

Mientras la empresa se centra en los esfuerzos de ampliación, Abate y otros laboratorios aún tienen mucho trabajo fundamental por hacer para comprender qué está sucediendo durante las reacciones a nivel atómico, particularmente en la interfaz entre las rocas y el fluido que reacciona.

La investigación en el laboratorio es apasionante, pero es sólo el primer paso, dice Abate. El siguiente es ver si esto realmente funciona en el campo.

Corrección: Debido a un error tipográfico en el artículo de la revista, una versión anterior de esta historia indicaba incorrectamente la cantidad de amoníaco que cada pozo podría producir en teoría. La estimación es de 40.000 kilogramos de amoníaco por día, no de 40.000 toneladas.