Stara chemia w nowych kolorach

Pod koniec września 2020 r. z Arabii Saudyjskiej do Japonii wysłano pierwszy na świecie niebieski amoniak (1), który według doniesień prasowych miał być wykorzystywany w elektrowniach do produkcji energii elektrycznej bez emisji dwutlenku węgla. Dla niewtajemniczonych może się to wydawać nieco tajemnicze. Czy jest nowe cudowne paliwo?

Saudi Aramco, za transportem, wyprodukowało paliwo przez konwersję węglowodorów (tj. produktów ropopochodnych) na wodór, a następnie przekształcić produkt w amoniak, wychwytując produkt uboczny w postaci dwutlenku węgla. Tak więc amoniak magazynuje wodór, który jest również określany jako „niebieski” wodór, w przeciwieństwie do „zielonego” wodoru, który pochodzi raczej ze źródeł odnawialnych niż z paliw kopalnych. Może być również spalany jako paliwo w elektrowniach cieplnych, co ważne bez emisji dwutlenku węgla.

Dlaczego lepiej przechowywać transportuje wodór związany w amoniaku niż czysty wodór? „Amoniak jest łatwiejszy do upłynnienia – skrapla się w temperaturze minus 33 stopni Celsjusza – i zawiera 1,7 razy więcej wodoru na metr sześcienny niż wodór skroplony” – wynika z badania przeprowadzonego przez bank inwestycyjny HSBC wspierający nową technologię.

Arabia Saudyjska, największy na świecie eksporter ropy naftowej, inwestuje w technologię pozyskiwania wodoru z paliw kopalnych i przekształcania produktu w amoniak. Amerykańska firma Air Products & Chemicals Inc. latem podpisało porozumienie z saudyjską firmą ACWA Power International oraz organizacjami odpowiedzialnymi za budowę przyszłego futurystycznego miasta Neom (2), które królestwo chce wybudować na wybrzeżu Morza Czerwonego. W ramach umowy ma powstać warta XNUMX miliardów dolarów wytwórnia amoniaku oparta na wodorze, zasilana odnawialnymi źródłami energii.

2. Jedna z wizualizacji futurystycznego saudyjskiego miasta Neom.

Wiadomo, że wodór jest czystym paliwem, które podczas spalania wytwarza jedynie parę wodną. Często przedstawiany jest jako świetne źródło zielonej energii. Jednak rzeczywistość jest nieco bardziej skomplikowana. Ogólny bilans emisji wodoru jest tak czysty, jak paliwo użyte do jego produkcji. Biorąc pod uwagę całkowity bilans emisji, emitowane są takie rodzaje gazów jak wodór zielony, wodór niebieski i wodór szary. Zielony wodór jest produkowany wyłącznie przy użyciu odnawialnych i bezemisyjnych źródeł energii. Szary wodór, najpowszechniejsza forma wodoru w gospodarce, jest wytwarzany z paliw kopalnych, co oznacza, że ​​emisje wodoru niskoemisyjnego są w dużej mierze równoważone przez proces produkcyjny. Niebieski wodór to nazwa nadana wodorowi pochodzącemu wyłącznie z gazu ziemnego, który emituje mniej dwutlenku węgla i jest czystszy niż większość paliw kopalnych.

Amoniak jest związkiem chemicznym zawierającym trzy cząsteczki wodoru i jedną cząsteczkę azotu. W tym sensie „przechowuje” wodór i może być wykorzystywany jako surowiec do produkcji „zrównoważonego wodoru”. Sam amoniak, podobnie jak wodór, nie emituje dwutlenku węgla podczas spalania w elektrociepłowni. Niebieski kolor w nazwie oznacza, że ​​jest produkowany przy użyciu gazu ziemnego (aw niektórych przypadkach węgla). Jest uważana za bardziej ekologiczną formę produkcji energii również ze względu na możliwość wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla (CCS) podczas procesu konwersji. Tak przynajmniej zapewnia firma Aramco, która takie produkuje.

Od niebieskiego do zielonego

Wielu ekspertów uważa, że ​​opisana powyżej technika jest tylko etapem przejściowym, a celem jest osiągnięcie wydajnej produkcji zielonego amoniaku. Oczywiście ten nie będzie się różnił składem chemicznym, tak jak niebieski nie różni się składem chemicznym od żadnego innego amoniaku. Chodzi po prostu o to, że proces produkcji zielonej wersji będzie całkowicie bezemisyjny i nie będzie miał nic wspólnego z paliwami kopalnymi. Może to być na przykład instalacja do produkcji odnawialnego wodoru, który jest następnie przekształcany w amoniak w celu łatwiejszego przechowywania i transportu.

W grudniu 2018 roku brytyjska Energy Transition Commission, koalicja liderów biznesu, finansów i społeczeństwa obywatelskiego z różnych branż produkujących i wykorzystujących energię, opublikowała raport. Misja możliwa. Zdaniem autorów całkowita dekarbonizacja amoniaku do 2050 roku jest technicznie i ekonomicznie wykonalna, ale za kilka dekad niebieski amoniak nie będzie miał znaczenia. W końcu będzie dominować zielony amoniak. Wynika to z wysokich kosztów wychwytywania ostatnich 10-20% COXNUMX, czytamy w raporcie.₂ w procesie produkcyjnym. Jednak inni komentatorzy zwrócili uwagę, że prognozy te opierają się na aktualnym stanie techniki. Tymczasem trwają badania nad nowymi metodami syntezy amoniaku.

na przykład Matteo Masanti, inżynier w firmie Casale SA (członek Stowarzyszenia Energii Amoniaku), przedstawił nowo opatentowany proces „konwersji gazu ziemnego na amoniak przy jednoczesnej redukcji emisji COXNUMX”.₂ do atmosfery do 80% w stosunku do najlepszych dostępnych technologii”. Mówiąc najprościej, proponuje on zastąpienie jednostki CDR (ang. carbon dwutlenku-deliction), służącej do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin po spaleniu, „strategią odwęglania wstępnego spalania”.

Jest wiele innych nowych pomysłów. Amerykańska firma Monolith Materials proponuje „nowy elektryczny proces przekształcania gazu ziemnego w węgiel w postaci sadzy i wodoru z wysoką wydajnością”. Węgiel nie jest tu odpadem, ale substancją, która może przybrać postać towaru wartościowego handlowo. Firma chce magazynować wodór nie tylko w postaci amoniaku, ale także np. w metanolu. Istnieje również eSMR, metoda opracowana przez Haldora Topsoe z Danii na podstawie wykorzystanie energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych jako dodatkowe źródło ciepła technologicznego na etapie reformingu parowego metanu przy produkcji wodoru w wytwórni amoniaku. Przewiduje się zmniejszoną emisję CO₂ do produkcji amoniaku około 30%.

Jak wiecie nasz Orlen zajmuje się również produkcją wodoru. O produkcji zielonego amoniaku jako magazynu energii mówił na Polskim Kongresie Chemicznym we wrześniu 2020 r., tj. na kilka dni przed wyjazdem w/w transportu do Japonii, Jacka Mendelewskiego, członek zarządu Anwilu z grupy PKN Orlen. Właściwie to chyba było niebieski amoniakwedług powyższej klasyfikacji. Z wypowiedzi tej nie wynika jednoznacznie, że ten produkt jest już produkowany przez Anwil, ale można przypuszczać, że w Polsce są plany produkcji co najmniej niebieskiego amoniaku.