Régi kémia új színekben

2020. szeptember végén Szaúd-Arábiából Japánba szállították a világ első kék ammóniáját (1), amelyet sajtóértesülések szerint erőművekben szén-dioxid-kibocsátás nélküli villamos energia előállítására szántak. Az avatatlanok számára ez kissé rejtélyesnek tűnhet. Van új csodaüzemanyag?

A szállító mögött álló Saudi Aramco gyártotta üzemanyag szénhidrogén-átalakítással (azaz kőolajszármazékok) hidrogénné, majd a terméket ammóniává alakítják, megkötve a szén-dioxid mellékterméket. Így az ammónia tárolja a hidrogént, amelyet "kék" hidrogénnek is neveznek, szemben a "zöld" hidrogénnel, amely megújuló forrásokból származik, nem pedig fosszilis tüzelőanyagokból. Hőerőművek tüzelőanyagaként is elégethető, fontos szén-dioxid kibocsátás nélkül.

Miért jobb tárolni ammóniában megkötött hidrogént szállít mint a tiszta hidrogén? „Az ammónia könnyebben cseppfolyósítható – mínusz 33 Celsius-fokon kondenzálódik – és köbméterenként 1,7-szer több hidrogént tartalmaz, mint a cseppfolyósított hidrogén” – derül ki az HSBC befektetési bank új technológiát támogató tanulmányából.

Szaúd-Arábia, a világ legnagyobb olajexportőre, olyan technológiába fektet be, amellyel a fosszilis tüzelőanyagokból hidrogént vonhat ki, és a terméket ammóniává alakítja. Amerikai Air Products & Chemicals Inc. nyáron megállapodást írt alá a szaúdi ACWA Power International céggel és a jövő futurisztikus városának, Neomnak (2) építéséért felelős szervezetekkel, amelyet a királyság a Vörös-tenger partján kíván építeni. A megállapodás értelmében egy XNUMX milliárd dolláros ammóniagyárat építenek, amely megújuló energiaforrásokkal működő hidrogén alapú.

2. A futurisztikus szaúdi város, Neom egyik vizualizációja.

A hidrogén köztudottan tiszta tüzelőanyag, amely elégetve csak vízgőzt termel. Gyakran bemutatják a zöld energia nagyszerű forrásaként. A valóság azonban egy kicsit bonyolultabb. A hidrogénkibocsátás általános egyensúlya ugyanolyan tiszta, mint az előállításához felhasznált üzemanyag. A teljes kibocsátási mérleget figyelembe véve olyan típusú gázok kerülnek kibocsátásra, mint a zöld hidrogén, a kék hidrogén és a szürke hidrogén. Zöld hidrogén kizárólag megújuló és szén-dioxid-mentes energiaforrások felhasználásával állítják elő. A szürke hidrogént, a hidrogén legelterjedtebb formáját a gazdaságban fosszilis tüzelőanyagokból állítják elő, ami azt jelenti, hogy az alacsony szén-dioxid-kibocsátást a gyártási folyamat nagymértékben ellensúlyozza. Kék hidrogén a kizárólag földgázból nyert hidrogén neve, amely alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátással és tisztább, mint a legtöbb fosszilis tüzelőanyag.

Az ammónia egy kémiai vegyület, amely három hidrogénmolekulát és egy nitrogénmolekulát tartalmaz. Ebben az értelemben "tárolja" a hidrogént, és felhasználható alapanyagként a "fenntartható hidrogén" előállításához. Maga az ammónia a hidrogénhez hasonlóan nem bocsát ki szén-dioxidot, ha hőerőműben elégetik. A névben szereplő kék szín azt jelenti, hogy földgázzal (és bizonyos esetekben szénnel) állítják elő. Az energiatermelés zöldebb formájának tekinthető, mivel az átalakítási folyamat során képes a szén-dioxid (CCS) megkötésére és megkötésére. Legalábbis az ilyeneket gyártó Aramco cég ezt biztosítja.

Kéktől zöldig

Sok szakértő úgy véli, hogy a fent leírt technika csak egy átmeneti lépés, és a cél a zöld ammónia hatékony előállítása. Természetesen ez sem fog különbözni kémiai összetételében, ahogy a kék sem különbözik kémiai összetételében bármely más ammóniától. A lényeg egyszerűen az, hogy a gyártási folyamat a zöld változat fog teljesen károsanyag-kibocsátásmentes és semmi köze nem lesz a fosszilis tüzelőanyagokhoz. Ez lehet például egy megújuló hidrogént előállító üzem, amelyet aztán ammóniává alakítanak át a könnyebb tárolás és szállítás érdekében.

2018 decemberében közzétett egy jelentést a Brit Energia Átmeneti Bizottság, amely "az energiatermelő és -felhasználó iparágak üzleti, pénzügyi és civil társadalmi vezetőiből álló koalíció". Lehetséges küldetés. A szerzők szerint az ammónia teljes szén-dioxid-mentesítése 2050-ig műszakilag és gazdaságilag is megvalósítható, de a kék ammónia néhány évtizeden belül nem számít. Végül dominálni fog zöld ammónia. Ez a jelentés szerint az utolsó 10-20%-os CO megkötésének magas költségeinek köszönhető.₂ a gyártási folyamatban. Más kommentátorok azonban rámutattak arra, hogy ezek az előrejelzések a technika jelenlegi állásán alapulnak. Eközben az ammónia szintézisének új módszereivel kapcsolatos kutatások folytatódnak.

Például Matteo Masanti, a Casale SA mérnöke (az Ammonia Energy Association tagja) bemutatott egy újonnan szabadalmaztatott eljárást "földgáz ammóniává alakítására, miközben csökkenti a COXNUMX-kibocsátást".₂ az atmoszférába akár 80%-ot az elérhető legjobb technológiákhoz képest”. Leegyszerűsítve azt javasolja, hogy az égés után a kipufogógázok szén-dioxid-leválasztására használt CDR (szén-dioxid-eltávolító) egységet cseréljék le egy "égés előtti széntelenítési stratégiára".

Sok más új ötlet is van. Az amerikai Monolith Materials cég "új elektromos eljárást javasol a földgáz szénné alakítására korom és hidrogén formájában, nagy hatékonysággal". A szén itt nem hulladék, hanem olyan anyag, amely kereskedelmileg értékes áru formáját öltheti. A cég a hidrogént nem csak ammónia formájában szeretné tárolni, hanem például metanolban is. Létezik még eSMR, a dán Haldor Topsoe által kifejlesztett módszer az alapján megújuló forrásból előállított villamos energia felhasználása további hőforrásként a metán gőzreformálásának szakaszában a hidrogén előállításánál egy ammóniagyárban. Csökkentett CO-kibocsátás várható₂ az ammóniatermeléshez körülbelül 30%.

Mint tudják, a mi Orlenünk hidrogéngyártással is foglalkozik. A 2020. szeptemberi Lengyel Vegyipari Kongresszuson a zöld ammónia energiatárolóként történő előállításáról beszélt, i.e. néhány nappal a fent említett transzport Japánba indulása előtt, Jacek Mendelewski, az Anwil igazgatósági tagja a PKN Orlen csoportból. Sőt, valószínűleg így volt kék ammóniaa fenti besorolás szerint. Ebből a nyilatkozatból nem derül ki egyértelműen, hogy ezt a terméket az Anwil már gyártja, de feltételezhető, hogy Lengyelországban tervezik legalább kék ammónia előállítását.