Gammal kemi i nya färger

I slutet av september 2020 skickades världens första parti blå ammoniak (1) från Saudiarabien till Japan, som enligt pressrapporter skulle användas i kraftverk för att producera el utan koldioxidutsläpp. För den oinvigde kan detta verka lite kryptiskt. Finns det ett nytt mirakelbränsle?

Saudi Aramco, bakom transporten, producerade bränsle genom kolväteomvandling (dvs petroleumhärledda produkter) till väte och sedan omvandla produkten till ammoniak, vilket fångar upp koldioxidbiprodukten. Således lagrar ammoniak väte, som också kallas "blått" väte, till skillnad från "grönt" väte, som kommer från förnybara källor snarare än fossila bränslen. Det kan också brännas som bränsle i värmekraftverk, framför allt utan koldioxidutsläpp.

Varför är det bättre att lagra transporterar väte bundet i ammoniak än bara rent väte? "Ammoniak är lättare att göra flytande - den kondenserar vid minus 33 grader Celsius - och innehåller 1,7 gånger mer väte per kubikmeter än flytande väte", enligt en studie från investeringsbanken HSBC som stöder den nya tekniken.

SAUDI-ARABIEN, världens största oljeexportör, investerar i teknik för att utvinna väte från fossila bränslen och omvandla produkten till ammoniak. Det amerikanska företaget Air Products & Chemicals Inc. i somras undertecknade ett avtal med det saudiska företaget ACWA Power International och organisationer som ansvarar för byggandet av den framtida futuristiska staden Neom (2), som kungariket vill bygga vid Röda havets kust. Enligt avtalet kommer en ammoniakanläggning på XNUMX miljarder dollar att byggas med väte som drivs av förnybara energikällor.

2. En av visualiseringarna av den futuristiska saudiska staden Neom.

Väte är känt för att vara ett rent bränsle som vid förbränning inte producerar annat än vattenånga. Det framställs ofta som en stor källa till grön energi. Verkligheten är dock lite mer komplicerad. Den totala balansen av vätgasutsläpp är lika ren som bränslet som används för att producera det. Med hänsyn till den totala utsläppsbalansen släpps sådana gastyper som grönt väte, blått väte och grått väte ut. Grönt väte den produceras endast med förnybara och kolfria energikällor. Grått väte, den vanligaste formen av väte i ekonomin, produceras av fossila bränslen, vilket innebär att väteutsläpp med låga koldioxidutsläpp till stor del kompenseras av tillverkningsprocessen. Blå väte är namnet på väte som enbart kommer från naturgas, som har lägre koldioxidutsläpp och är renare än de flesta fossila bränslen.

Ammoniak är en kemisk förening som innehåller tre vätemolekyler och en kvävemolekyl. I denna mening "lagrar" det väte och kan användas som råmaterial för produktion av "hållbart väte". Ammoniak i sig, liksom väte, släpper inte ut koldioxid vid förbränning i ett värmekraftverk. Den blå färgen i namnet betyder att den produceras med naturgas (och i vissa fall kol). Det anses vara en grönare form av energiproduktion också på grund av förmågan att fånga och binda koldioxid (CCS) under omvandlingsprocessen. Det försäkrar åtminstone företaget Aramco, som tillverkar sådana.

Från blått till grönt

Många experter tror att tekniken som beskrivs ovan bara är ett övergångssteg, och målet är att uppnå effektiv produktion av grön ammoniak. Naturligtvis kommer denna inte att skilja sig i kemisk sammansättning, precis som blå inte skiljer sig i kemisk sammansättning från någon annan ammoniak. Poängen är helt enkelt att produktionsprocessen för den gröna versionen kommer helt utsläppsfri och kommer inte ha något med fossila bränslen att göra. Det kan till exempel vara en anläggning för produktion av förnybart väte, som sedan omvandlas till ammoniak för enklare lagring och transport.

I december 2018 publicerades en rapport av British Energy Transition Commission, "en koalition av ledare för företag, finans och civilsamhället från alla branscher som producerar och använder energi." Mission Posible. Enligt författarna är en fullständig avkolning av ammoniak till 2050 tekniskt och ekonomiskt genomförbar, men blå ammoniak kommer inte att spela någon roll om några decennier. Det kommer så småningom att dominera grön ammoniak. Detta beror på den höga kostnaden för att fånga upp de sista 10-20% av CO, säger rapporten.₂ i produktionsprocessen. Andra kommentatorer har dock påpekat att dessa förutsägelser är baserade på den senaste tekniken. Samtidigt fortsätter forskningen om nya metoder för syntes av ammoniak.

Till exempel Matteo Masanti, en ingenjör vid Casale SA (medlem i Ammoniak Energy Association), presenterade en nyligen patenterad process för att "konvertera naturgas till ammoniak för att minska COXNUMX-utsläppen".₂ till atmosfären upp till 80 % i förhållande till den bästa tillgängliga tekniken”. Enkelt uttryckt föreslår han att CDR-enheten (koldioxidborttagning) som används för att fånga upp koldioxid från avgaser efter förbränning ersätts med en "förbränningsavkolningsstrategi".

Det finns många andra nya idéer. Det amerikanska företaget Monolith Materials föreslår "en ny elektrisk process för att omvandla naturgas till kol i form av sot och väte med hög effektivitet." Kol är inte ett slöseri här, utan ett ämne som kan ta formen av en kommersiellt värdefull vara. Företaget vill lagra väte inte bara i form av ammoniak, utan även i till exempel metanol. Det finns även eSMR, en metod utvecklad av Haldor Topsoe från Danmark utifrån användning av el från förnybara källor som en ytterligare källa för processvärme vid ångreformering av metan vid produktion av väte vid en ammoniakanläggning. Minskade CO-utsläpp förutspås₂ för ammoniakproduktion ca 30 %.

Som ni vet är vår Orlen också engagerad i produktion av väte. Han talade om produktionen av grön ammoniak som energilager vid Polish Chemical Congress i september 2020, d.v.s. några dagar före avgången för den ovan nämnda transporten till Japan, Jacek Mendelewski, styrelseledamot i Anwil från PKN Orlen-gruppen. I själva verket var det förmodligen blå ammoniakenligt ovanstående klassificering. Det framgår inte av detta uttalande att denna produkt redan tillverkas av Anwil, men det kan antas att det finns planer i Polen på att producera åtminstone blå ammoniak.