Grøn ammoniak kan reducere landbrugets emissioner og drive fremtidens skibe

I de sidste 100 år, et simpelt molekyle har haft en enorm positiv indflydelse på vores verden. Ammoniak, som omfatter tre hydrogenatomer bundet til et enkelt nitrogenatom, er meget brugt til at få gødningen til at gøre os i stand til at producere nok mad til alle på kloden. Det gør det stort set til det vigtigste molekyle efter vand.

Imidlertid, ammoniakfremstilling er verdens tredjestørste industrielle procesemitter af kuldioxid, skaber en halv milliard tons CO₂ hvert år - 1,8 % af de globale CO₂-emissioner.

Mine kolleger og jeg har netop udarbejdet en rapport for Royal Society, der viser, at produktion af grøn ammoniak uden kulstof kan reducere de globale kulstofemissioner med næsten 2 %. Hvad mere er, det kan også lagre mængder af vedvarende energi og motorskibe i national skala tog og tunge køretøjer.

Ammoniak fremstilles almindeligvis ved at reagere metan med damp for at producere brint, og derefter reagere dette med nitrogen fra luften ved hjælp af det, der er kendt som Haber-Bosch-processen. Men damp-metan-reformeringen afgiver også kuldioxid. I modsætning, grøn ammoniak produceres med brint, der er blevet adskilt fra vand ved hjælp af vedvarende elektricitet.

Det er også muligt at bryde ammoniak ned i hydrogen og nitrogen, afgiver energi i processen. Og det kan brændes som fossile brændstoffer såsom diesel. Det betyder, at ammoniak også kan bruges som energilager.

Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire, Storbritannien, har et unikt grønt ammoniak demonstrationssystem. Den drives af en vindmølle på stedet og kan producere op til 30 kg grøn ammoniak om dagen. Den kan også føre grøn strøm tilbage til nettet efter behov.

Udfordringen med at gøre grøn ammoniakproduktion til et levedygtigt alternativ er at nedbringe omkostningerne, heraf er 85% elektricitet. I de fleste dele af verden, vedvarende energi er stadig væsentligt dyrere end den metan, der bruges i konventionel ammoniakfremstilling.

Imidlertid, omkostningerne ved elektricitet i områder med et stort potentiale for vedvarende energi er faldet dramatisk i løbet af det sidste årti, til omkring 1,7-3,4 GBP pence pr. kWh. Det betyder, at du kan producere grøn ammoniak for omkring £220 pr. ton.

Dette er stadig ikke så billigt som den konventionelle proces. Men for at blive ved med at bruge denne metode og samtidig reducere vores emissioner til netto nul, ville vi være nødt til at kombinere kulstofopsamling og lagring, så den resulterende CO₂ ikke ville komme ud i atmosfæren. Og det er, når grøn ammoniak kan blive omkostningskonkurrencedygtig.

Nul-carbon brændstof

Grøn ammoniak har også potentialet til at løse en af ​​de største uløste udfordringer i kapløbet om netto-nul-emissioner:hvordan skaber vi fleksible nul-carbon-brændstofreserver, der holder i årevis på den måde, som nuværende fossile brændstoffer gør?

Ammoniak opbevares let i store mængder som væske ved beskedne tryk (mellem 10 og 15 gange vores atmosfære) eller nedkølet til -33°C. I denne form, energitætheden er omkring halvdelen af ​​benzin og over ti gange så stor som batterier.

Hvad ammoniak har frem for andre potentielle brændstofalternativer er, at vi allerede har et globalt produktions- og distributionssystem på plads på grund af dets udbredte brug som råmateriale til gødning. Der er også et omfattende netværk af havne, der håndterer ammoniak i stor skala, så det relativt let kan blive et brændstof til langdistancefart.

Faktisk, den internationale shippingindustri har allerede bevist gennemførligheden af ​​at bruge ammoniak som brændstof i deres største oceangående containerskibe. MAN Energy Solutions, en designer og producent af skibsmotorer, har meddelt, at den første ammoniakmotor kan være i drift i begyndelsen af ​​2022. Dette vil også åbne muligheder for grønne brændstoffer til tog, tung fragt og måske endda kulstoffri luftfart.

Ammoniak byder på andre udfordringer. Brugen af ​​ammoniakbaserede gødninger bidrager til globale fald i biodiversiteten, udbredte luftkvalitetsproblemer og drivhusgasemissioner. Nye anvendelser af ammoniak skal indeholde effektive foranstaltninger til at forhindre yderligere emissioner.

Strenge kontrol, der allerede er til stede på alle nuværende ammoniaklager og relevante industrianlæg, skal være på plads for at sikre, at risikoen for ammoniakfrigivelse og den deraf følgende dannelse af skadelige nitrogenoxider (NOx) er ubetydelige.

Det, vi skal gøre nu, er at undersøge og demonstrere potentialet for ammoniak, fra at forbedre vind- og solenergi gennem optimering af grøn ammoniakproduktion og -lagring. Og vi er nødt til at udvikle en omfattende portefølje af måder, hvorpå vi kan gøre ammoniak tilbage til strøm, når og hvor vi har brug for det.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.