Vihreä ammoniakki: Kestävä ja energiatehokas kemia

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Kesäkuu 27, 2022

Havainnon yhteenveto

Siirtymistä vihreään ammoniakkiin pidetään lupaavana askeleena kohti hiilidioksidipäästöjen vähentämistä erityisesti raskaassa teollisuudessa ja liikenteessä, jossa se voisi korvata nestemäisen vedyn energialähteenä. Tämä muutos on osa laajempaa pyrkimystä tutkia turvallisempia ja kestävämpiä polttoaineita, joissa vihreä ammoniakki on helpompi kuljettaa ja sen tuotanto perustuu uusiutuviin energialähteisiin. Vihreän ammoniakin tuotantokustannukset ovat kuitenkin tällä hetkellä korkeammat verrattuna muihin polttoaineisiin, mikä asettaa haasteita sen laajalle käyttöönotolle.

Ammoniakki energian varastointikontekstina

Energiaa kuljettavat molekyylit ovat vuosisatojen ajan toimineet kustannustehokkaimpana keinona siirtää energiaa edullisesti. Nykyään lisääntyvä kysyntä korvata hiiliintensiivistä energiaa on luonut mahdollisuuksia vedyn, metanolin ja ammoniakin sisältämille molekyyleille mahdollisina korvaajina fossiilisiin polttoaineisiin perustuville energialähteille.

Ammoniakin kyky säilyttää energiaa pitkiä aikoja erottaa muista kemiallisista yhdisteistä, koska se voidaan kuljettaa pitkiä matkoja suhteellisen halvemmalla. Ammoniakki on todennäköisesti helpompi kuljettaa kuin nestemäinen vety, mikä saa organisaatiot uskomaan, että ammoniakki voi olla parempi suora energialähde. Yritykset voivat myös mahdollisesti krakata ammoniakkia sen vetykomponenttia varten tarvittaessa.

Vihreä ammoniakki valmistetaan vedystä ja typestä, jossa vetyä saadaan vesielektrolyysillä, joka on uusiutuvilla energialähteillä toimiva prosessi. Typpeä voidaan poistaa ilmasta ilmanerotusyksiköllä. Vihreä ammoniakki voi toimia "ruskean" ammoniakin korvikkeena, joka on valmistettu fossiilisista polttoaineista (tyypillisesti maakaasusta). Vihreää ammoniakkia voidaan valmistaa typestä ja vedystä eri tavoin; Haber-Boschin prosessi (joka hyödyntää korkeapaineprosessia kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi ammoniakin tuottamiseksi) on kuitenkin kuulemma paras kaupallisesti kannattava vaihtoehto. 

Häiritsevä vaikutus

Vuonna 2020 useat hankkeet Euroopassa, Yhdysvalloissa, Australiassa ja Japanissa käänsivät painopisteensä ammoniakin käyttöön energialähteenä. Osana 5 miljardin dollarin projektia yhdysvaltalainen Air Products and Chemicals, saudiarabialainen yritys ACWA Power ja NEOM, kehittäjä, joka rakentaa hiiletöntä kaupunkia Saudi-Arabiaan, ovat pyrkineet rakentamaan vihreän vetylaitoksen Punaisenmeren rannikolle. 2025. Hankkeen tavoitteena on rakentaa aurinkokennoja aurinkoenergian keräämiseksi päiväsaikaan ja tuulivoimaloita yön aikana tuulien keräämiseksi 4 gigawatin sähkön tuottamiseksi laitoksen vesielektrolyysilaitokselle.

Kehittäjät toimittaisivat vetyä perinteiseen Haber-Boschin tehtaaseen, jonka on tarkoitus tuottaa yli miljoona tonnia vihreää ammoniakkia vuodessa. 1 MJ/L ammoniakin energiatiheys on suurempi kuin nestemäisellä vedyllä, 12.7 MJ/L. Sitä voidaan säilyttää myös -8.5 °C:ssa verrattuna nestemäiseen vetyyn -33 °C:seen, ja se on paljon vähemmän syttyvää kuin vety, mikä tekee ammoniakin kuljettamisesta huomattavasti helpompaa ja halvempaa. Nämä edut voivat johtaa siihen, että vihreästä ammoniakista tulee useiden miljardien dollarien teollisuus useilla alueellisilla markkinoilla tulevina vuosikymmeninä. Se kuuluu valikoituihin polttoaineisiin, joita meriteollisuus voi harkita uusiutuvan energian lähteenä vähentääkseen hiilidioksidipäästötavoitteitaan. 

Vihreän ammoniakin tuotantokustannukset ovat kuitenkin kahdesta neljään kertaa kalliimpia kuin ruskean ammoniakin, sen tuotanto on myös kalliimpaa kuin sen kilpailijan polttoaineena vihreä vetyä, ja osa sen suurien määrien tuottamiseen tarvittavista teknologioista on vielä alkuvaiheessa. kehityksestä. Nämä tekijät yhdessä saattavat johtaa siihen, että alan kasvu jatkuu porrastettuna koko 2020-luvun. Jos eri toimialat voivat hyödyntää vihreää ammoniakkia halvemmalla kuin muut uusiutuvan energian muodot, erityisesti raskaassa teollisuudessa, kuten teräksenvalmistuksessa ja takomoissa, vihreä ammoniakki voi kehittää markkinaraon, johon yritykset voivat harkita investoimista.

Vihreän ammoniakin vaikutukset energia-alalla

Energian varastointimuotona käytetyn vihreän ammoniakin laajempia vaikutuksia voivat olla:

• Siirtyminen vihreään ammoniakkiin auttaa useita raskasta teollisuutta pienentämään hiilijalanjälkeään, mikä johtaa niiden hiilidioksidipäästötavoitteiden saavuttamiseen.
• Nestemäisen vedyn korvaaminen vihreällä ammoniakilla kuljetusteollisuuden energialähteenä, mikä johtaa työvoiman muutoksiin energiateollisuudessa.
• Hallitukset, jotka investoivat jo vihreään vedyn tuotantoon ja kuljetusinfrastruktuuriin, laajentavat tukiaan vihreän ammoniakin tuotantoon, mikä heijastaa laajempaa sitoutumista puhtaaseen energiaan.
• Aurinko- ja tuuliteollisuus saa lisää investointeja rakentaakseen infrastruktuuria, joka ruokkii Haber-Boschin prosessia ja edistää vihreän ammoniakin kestävää tuotantoa.
• Vihreän ammoniakin potentiaali turvallisempana ja helpommin kuljetettavana vaihtoehtona vedylle kannustaa puhtaiden polttoaineiden laajempaan hyväksymiseen ja käyttöönottoon, mikä vaikuttaa kansallisiin ja kansainvälisiin energiastrategioihin.
• Vihreän ammoniakin kotimaisen tuotannon lisääminen, mikä vähentää energian tuontia, parantaa energiavarmuutta ja vähentää riippuvuutta ulkomaisesta öljystä ja kaasusta.
• Vihreän ammoniakin tuotannon lisääminen edistää taloudellista toimintaa ja työpaikkojen luomista alueilla, joilla on runsaasti uusiutuvia energiavaroja ja edistää tasapainoisempaa aluekehitystä.
• Siirtyminen kohti vihreää ammoniakkia ohjaa uusien standardien ja määräysten luomista, mikä varmistaa tämän puhtaan energialähteen turvallisen tuotannon, kuljetuksen ja käytön.
• Vihreän ammoniakin nousu elinkelpoisena puhtaana energialähteenä saa oppilaitokset ottamaan käyttöön uusia opetussuunnitelmia ja valmistamaan työvoimaa uusiutuvan energian alan uusiin mahdollisuuksiin.
• Siirtyminen kohti vihreää ammoniakkia toimii katalysaattorina puhtaiden energiateknologioiden jatkotutkimukselle ja -kehitykselle, mikä muodostaa perustan energia-alan tulevalle kehitykselle.

Pohdittavia kysymyksiä

• Ovatko vihreän ammoniakin kasvien kehittämisen hyödyt kustannukset suuremmat? 
• Onko vihreä ammoniakki kannattava energian varastointimuoto tulevaisuudessa erityisesti meriteollisuudessa? Vai tulevatko muut energian varastointimuodot tilalle?