Vanha kemia uusissa väreissä

Syyskuun 2020 lopussa Saudi-Arabiasta Japaniin lähetettiin maailman ensimmäinen sininen ammoniakki (1), jota lehdistötietojen mukaan oli tarkoitus käyttää voimalaitoksissa sähkön tuottamiseen ilman hiilidioksidipäästöjä. Asiattomalle tämä saattaa tuntua hieman mysteeriltä. Onko uutta ihmepolttoainetta?

Kuljetuksen takana oleva Saudi Aramco tuotti polttoaine muuntamalla hiilivetyjä (eli öljyperäiset tuotteet) vedyksi ja muuntaa sitten tuote ammoniakiksi, jolloin hiilidioksidin sivutuote vangitaan. Siten ammoniakki varastoi vetyä, jota kutsutaan myös "siniseksi" vedyksi, toisin kuin "vihreä" vety, joka tulee uusiutuvista lähteistä fossiilisten polttoaineiden sijaan. Sitä voidaan myös polttaa polttoaineena lämpövoimalaitoksissa, mikä tärkeintä, ilman hiilidioksidipäästöjä.

Miksi on parempi säilyttää kuljettaa ammoniakkiin sitoutunutta vetyä kuin puhdasta vetyä? "Ammoniakki on helpompi nesteyttää – se tiivistyy miinus 33 celsiusasteessa - ja sisältää 1,7 kertaa enemmän vetyä kuutiometrissä kuin nesteytetty vety", uutta teknologiaa tukevan investointipankki HSBC:n tutkimuksen mukaan.

Saudi-Arabia, maailman suurin öljynviejä, investoi teknologiaan, jolla uuttaa vetyä fossiilisista polttoaineista ja muuntaakseen tuotteen ammoniakiksi. Amerikkalainen yhtiö Air Products & Chemicals Inc. allekirjoitti kesällä sopimuksen saudiarabialaisen yrityksen ACWA Power Internationalin ja tulevan futuristisen Neomin (2) kaupungin rakentamisesta vastaavien organisaatioiden kanssa, jonka kuningaskunta haluaa rakentaa Punaisenmeren rannikolle. Sopimuksen mukaan XNUMX miljardin dollarin ammoniakkitehdas rakennetaan uusiutuvilla energialähteillä toimivalla vedyllä.

2. Yksi futuristisen saudikaupungin Neomin visualisoinneista.

Vedyn tiedetään olevan puhdas polttoaine, joka poltettaessa ei tuota muuta kuin vesihöyryä. Se esitetään usein loistavana vihreän energian lähteenä. Todellisuus on kuitenkin hieman monimutkaisempi. Vetypäästöjen kokonaistase on yhtä puhdas kuin sen tuottamiseen käytetty polttoaine. Kokonaispäästötase huomioon ottaen vapautuu sellaisia ​​kaasutyyppejä kuin vihreä vety, sininen vety ja harmaa vety. Vihreä vety se valmistetaan vain uusiutuvista ja hiilivapaista energialähteistä. Harmaa vetyä, yleisin vetymuoto taloudessa, tuotetaan fossiilisista polttoaineista, mikä tarkoittaa, että vähähiiliset vetypäästöt kompensoidaan suurelta osin valmistusprosessilla. Sininen vety on nimitys vedystä, joka on johdettu vain maakaasusta, jonka hiilidioksidipäästöt ovat pienemmät ja puhtaampaa kuin useimmat fossiiliset polttoaineet.

Ammoniakki on kemiallinen yhdiste, joka sisältää kolme vetymolekyyliä ja yhden typpimolekyylin. Tässä mielessä se "varastoi" vetyä ja sitä voidaan käyttää raaka-aineena "kestävän vedyn" tuotannossa. Ammoniakki itsessään, kuten vety, ei tuota hiilidioksidia, kun sitä poltetaan lämpövoimalaitoksessa. Sininen väri nimessä tarkoittaa, että se on tuotettu maakaasulla (ja joissakin tapauksissa kivihiilellä). Sitä pidetään vihreämpänä energiantuotannon muotona myös sen kyvyn vuoksi ottaa talteen ja sitoa hiilidioksidia (CCS) muunnosprosessin aikana. Näin vakuuttaa ainakin sellaisia ​​valmistava Aramco.

Sinistä vihreään

Monet asiantuntijat uskovat, että edellä kuvattu tekniikka on vain siirtymävaihe, ja tavoitteena on saavuttaa tehokas vihreän ammoniakin tuotanto. Tämä ei tietenkään eroa kemiallisesta koostumuksesta, aivan kuten sininen ei eroa kemiallisesta koostumuksesta mistään muusta ammoniakista. Asia on yksinkertaisesti siinä, että vihreän version tuotantoprosessi tulee täysin päästötön eikä sillä ole mitään tekemistä fossiilisten polttoaineiden kanssa. Tämä voisi olla esimerkiksi uusiutuvan vedyn tuotantolaitos, joka sitten muunnetaan ammoniakiksi varastoinnin ja kuljetuksen helpottamiseksi.

Joulukuussa 2018 julkaisi raportin British Energy Transition Commission, "yritys-, rahoitus- ja kansalaisyhteiskunnan johtajien koalitio eri toimialoista, jotka tuottavat ja käyttävät energiaa". Tehtävä Mahdollinen. Kirjoittajien mukaan ammoniakin täydellinen hiilidioksidin poistaminen vuoteen 2050 mennessä on teknisesti ja taloudellisesti mahdollista, mutta sinisellä ammoniakilla ei ole merkitystä muutaman vuosikymmenen kuluttua. Se tulee lopulta hallitsemaan vihreä ammoniakki. Raportin mukaan tämä johtuu viimeisten 10–20 prosentin hiilidioksidin talteenoton korkeista kustannuksista.₂ tuotantoprosessissa. Muut kommentaattorit ovat kuitenkin huomauttaneet, että nämä ennusteet perustuvat tekniikan tasoon. Samaan aikaan tutkimus uusista ammoniakin synteesimenetelmistä jatkuu.

Esimerkiksi Matteo Masanti, Casale SA:n insinööri (Ammonia Energy Associationin jäsen), esitteli hiljattain patentoidun prosessin "maakaasun muuntamiseksi ammoniakiksi COXNUMX-päästöjen vähentämiseksi".₂ ilmakehään jopa 80 % verrattuna parhaaseen saatavilla olevaan teknologiaan”. Yksinkertaisesti sanottuna hän ehdottaa CDR-yksikön (hiilidioksidin poisto) korvaamista, jota käytetään hiilidioksidin talteenottamiseen pakokaasuista palamisen jälkeen "esipolttoa edeltävällä hiilenpoistostrategialla".

On monia muita uusia ideoita. Amerikkalainen yritys Monolith Materials tarjoaa "uuden sähköisen prosessin maakaasun muuttamiseksi hiileksi noen ja vedyn muodossa korkealla hyötysuhteella". Hiili ei ole tässä jätettä, vaan aine, joka voi olla kaupallisesti arvokkaan hyödykkeen muodossa. Yhtiö haluaa varastoida vetyä paitsi ammoniakin muodossa, myös esimerkiksi metanolissa. On myös eSMR, tanskalaisen Haldor Topsoen kehittämä menetelmä uusiutuvista lähteistä tuotetun sähkön käyttöä ylimääräisenä prosessilämmön lähteenä metaanin höyryreformointivaiheessa vedyn tuotannossa ammoniakkitehtaalla. CO-päästöjen ennustetaan vähenevän₂ ammoniakin tuotannossa noin 30 %.

Kuten tiedät, Orlenimme harjoittaa myös vedyn tuotantoa. Hän puhui vihreän ammoniakin tuotannosta energiavarastona Puolan kemian kongressissa syyskuussa 2020, ts. muutama päivä ennen edellä mainitun kuljetuksen lähtöä Japaniin, Jacek Mendelewski, Anwilin hallituksen jäsen PKN Orlen -konsernista. Itse asiassa se luultavasti oli sininen ammoniakkiyllä olevan luokituksen mukaan. Tästä lausunnosta ei käy selvästi ilmi, että Anwil valmistaa jo tätä tuotetta, mutta voidaan olettaa, että Puolassa on suunnitelmia tuottaa vähintään sinistä ammoniakkia.