Las simulaciones moleculares de mezclas de amoníaco apoyan la búsqueda de combustibles renovables
Diferentes mezclas de moléculas exhiben diferentes propiedades termodinámicas, que afectan el comportamiento de las aplicaciones de ingeniería química. Crédito:TU Berlín
Amoníaco (NH3 ) es una molécula importante con muchas aplicaciones. Producto final del famoso proceso Haber-Bosch, se sintetiza comúnmente para capturar nitrógeno para fertilizantes y se utiliza para refrigeración, productos de limpieza y producción de productos farmacéuticos. Recientemente, esta modesta molécula también ha atraído interés como recurso potencial para abordar uno de los desafíos más apremiantes de la actualidad:la necesidad de combustibles renovables confiables y abundantes.
El amoníaco es estable y seguro de manipular, es combustible y contiene la mayor fracción de hidrógeno de cualquier molécula, excepto el hidrógeno puro. Estos factores prometen convertirlo en una alternativa viable a los vectores de energía basados en el carbono que están impulsando el cambio climático. Se han comenzado a investigar cómo se podría utilizar el amoníaco para alimentar directamente motores, turbinas de gas y pilas de combustible de hidrógeno, por ejemplo. También se cree que el amoníaco podría usarse para almacenar energía para momentos en que otras energías renovables como la eólica y la solar no puedan satisfacer la demanda.
Se sabe mucho sobre el amoníaco, pero este interés por utilizarlo como combustible ha iniciado la búsqueda de nuevas tecnologías de amoníaco. Esto, a su vez, ha llevado a una mayor necesidad entre los ingenieros químicos de datos precisos que describan las propiedades termodinámicas fundamentales del amoníaco. Dichas propiedades incluyen una amplia variedad de rasgos mensurables, como el equilibrio de fases, la densidad o la capacidad calorífica, por ejemplo, que caracterizan los sistemas físicos y determinan cómo funcionan los procesos químicos. En el caso del amoníaco, a los ingenieros también les gustaría conocer mejor cómo cambian estas propiedades al mezclar amoníaco con otras moléculas. Este conocimiento podría ayudarles a optimizar los procesos y las condiciones operativas.
El Dr. Jadran Vrabec, actualmente director del Instituto de Ciencias de Procesos de la Universidad Técnica de Berlín, ha pasado gran parte de su carrera utilizando la computación de alto rendimiento (HPC) para investigar propiedades termodinámicas a nivel molecular. "Las propiedades termodinámicas están determinadas al 100% por interacciones moleculares", explica. "Y debido a que estas interacciones ocurren tan rápido y a una escala tan pequeña, sólo es posible estudiarlas realizando grandes simulaciones usando supercomputadoras".
En un artículo reciente publicado en el Journal of Chemical &Engineering Data Él y el coautor Erich Mace, de la Universidad Técnica de Berlín, informan sobre los resultados de simulaciones centradas en las propiedades termodinámicas de mezclas que contienen amoníaco. Producidos utilizando la supercomputadora Hawk en el Centro de Computación de Alto Rendimiento de Stuttgart (HLRS), sus resultados agregan datos valiosos que podrían respaldar el desarrollo de nuevas aplicaciones del amoníaco. Los resultados también podrían ayudar a evaluar la precisión de otros datos existentes, garantizando que los ingenieros tengan la mejor información disponible para trabajar con la sustancia.
Más información: Erich J. Mace et al, Equilibrios de fase fluida a alta presión y constantes de Henry de gases supercríticos en amoníaco, Journal of Chemical &Engineering Data (2023). DOI:10.1021/acs.jced.3c00327
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