Innowacyjna produkcja „zielonego” amoniaku
Amoniak jest uważany za najtańsze „zielone paliwo”, a przemysł żeglugowy rozważa wykorzystanie go jako alternatywy umożliwiającej dekarbonizację transportu morskiego. Zaletą zielonego amoniaku jest fakt, że może być produkowany przy użyciu instalacji wykorzystujących metodę Habera-Boscha (HB), zasilanych energią odnawialną. Proces HB polega na przekształcaniu azotu atmosferycznego w amoniak w drodze reakcji wodoru z żelazem. Choć metoda HB jest energooszczędna, opłaca się wyłącznie w przypadku produkcji na bardzo dużą skalę. Zatem stosowanie tego procesu w mniejszej skali nie ma uzasadnienia.
Rozproszona produkcja amoniaku na mniejszą skalę
„W ramach tego projektu chcieliśmy odejść od dużych, scentralizowanych zakładów produkcji amoniaku o wysokim zużyciu energii i wysokiej emisji dwutlenku węgla na rzecz mniejszych, rozproszonych zakładów wytwarzających amoniak”, wyjaśnia koordynator projektu ORACLE Emil Drazevic z duńskiego Uniwersytetu w Aarhus. „Aby paliwo było naprawdę odnawialne, użyta energia elektryczna musi być również wytwarzana ze źródeł odnawialnych, takich jak turbiny wiatrowe lub ogniwa fotowoltaiczne”. Koncepcja zdecentralizowanego modelu produkcji amoniaku ma pomóc drobnym użytkownikom w wykorzystaniu amoniaku jako paliwa odnawialnego, na przykład do zasilania maszyn lub ogrzewania – a wszystko to bez emisji CO2.
Wykorzystanie plazmy, elektrokatalizy i katalizy
Aby zademonstrować wykonalność produkcji „zielonego” amoniaku w proponowany sposób, w projekt ORACLE zaangażowało się ośmiu partnerów, w tym dwa ośrodki badawcze z Japonii. „Ponadto był to wyjątkowo złożony projekt, ponieważ zamierzaliśmy przetestować nie tylko jedną, ale trzy różne technologie”, podkreśla Drazevic. „Badania obejmowały podejście oparte na plazmie, elektrokatalizę i metodę czysto katalityczną”. W ramach projektu powstały prototypy małych reaktorów umożliwiających syntezę amoniaku przy użyciu trzech wspomnianych metod. Na tej podstawie naukowcy sformułowali szereg istotnych wniosków. Bardzo wydajnym rozwiązaniem okazała się na przykład metoda katalityczna (proces HB), która wytwarza ciepło w podobny sposób jak kuchenka indukcyjna. Oczekiwania naukowców pod względem produkcji przekroczyły również reaktory plazmowe oraz reaktory oparte na elektrokatalizie, jednak cechowała je niższa efektywność energetyczna i wyższe zużycie energii. „Najważniejszą lekcją jest fakt, że (oprócz źródła plazmy) do obniżenia zużycia energii w przypadku podejścia opartego na plazmie potrzebna jest modyfikacja geometrii reaktora”, dodaje Drazevic. „Dowiedzieliśmy się również, że zużycie energii w przypadku elektrokatalizy jest związane z obecnością litu, co jest czynnikiem, który można zmienić”.
Realna strategia zazielenienia produkcji amoniaku
Zespół projektu ORACLE zdołał wykazać, że produkcja odnawialnego amoniaku jest wykonalna, a także był w stanie zidentyfikować potencjalne kolejne etapy doskonalenia technologii. „Udało nam się przekroczyć wszystkie założone cele dotyczące wydajności reakcji”, zauważa Drazevic. „Musimy teraz osiągnąć większe postępy w zakresie obniżania zużycia energii”. Z dużym prawdopodobieństwem będzie to podstawowy obszar dalszych badań. Kolejnym ważnym sukcesem było wykazanie, że zdecentralizowane podejście może stać się realną strategią umożliwiającą bardziej ekologiczną produkcję amoniaku. „Scentralizowana produkcja amoniaku wymaga poniesienia ogromnych początkowych kosztów kapitałowych”, mówi Drazevic. „Rozdzielenie nakładów pomiędzy kilka mniejszych instalacji może pomóc w zmniejszeniu ciężaru finansowego i przyspieszeniu transformacji energetycznej”. Co ważne, jeśli amoniak ma być paliwem przyszłości, sektor musi znaleźć sposób na dokonanie dekarbonizacji. Produkcja amoniaku pochłania rocznie około 1,8 % globalnej produkcji energii, przy czym odpowiada za emisję około 500 milionów ton CO2. Realizacja projektu ORACLE pokazała, że w dziedzinie technologii pozwalających pokonać te wyzwania dokonuje się postęp, a rozproszona produkcja może stać się jednym z opłacalnych rozwiązań. Co więcej, zespół zidentyfikował korzyści płynące z synergii między trzema podejściami, w związku z czym ma nadzieję, że zostaną one wykorzystane w najbliższej przyszłości.
Słowa kluczowe
ORACLE, amoniak, paliwo, odnawialne, węgiel, turbiny, fotowoltaika
