Amoniak jako nośnik energii

• Strona główna
• Artykuły
• Amoniak jako nośnik energii

2025-03-04  / Autor: Tomasz Darowski

Charakterystyka amoniaku Uważa się, że amoniak jest potencjalnym nośnikiem magazynowania wodoru, który ułatwi w przyszłości ustanowienie systemów energetycznych wolnych od emisji CO₂ . Wysoka gęstość objętościowa wodoru, niskie ciśnienie przechowywania i stabilność podczas długotrwałego przechowywania to jedne z korzystnych cech amoniaku do przechowywania wodoru. Ponadto amoniak jest również uważany za bezpieczny ze względu na wysoką temperaturę samozapłonu, niskie ciśnienie kondensacji i niższą gęstość gazu niż powietrze.

Amoniak można wytwarzać z wielu różnych rodzajów pierwotnych źródeł energii, w tym ze źródeł odnawialnych, paliw kopalnych i nadwyżek energii (w szczególności nadwyżek energii elektrycznej z sieci). W miejscu utylizacji energia z amoniaku może zostać zebrana bezpośrednio jako paliwo lub wstępnie rozłożona na wodór dla wielu opcji wykorzystania wodoru.

Wykorzystanie amoniaku

Amoniak posiada wysoki potencjał do wykorzystania go, jako niskoemisyjnego nośnika energii w różnorodnych zastosowaniach. Przy 18,65 GJ/t i 12,7 GJ/m³ w przeliczeniu na niższą wartość opałową i w stanie ciekłym, ma około 40% gęstości energetycznej benzyny w masie i nie zawiera atomów węgla, więc podczas spalania wytwarza zerową emisję CO₂.

Kluczową przewagą amoniaku nad czystym wodorem, jako paliwem niskoemisyjnym, jest jego wyższa objętościowa gęstość energii i temperatura skraplania, co znacznie ułatwia jego transport i przechowywanie. Rocznie produkuje się ok. 185 mln ton amoniaku, w światowym handlu rocznie obrotom podlega około 20 mln ton tego surowca. Oznacza to, że w przypadku amoniaku, w porównaniu z wodorem, infrastruktura i praktyki wspierające bezpieczne i niezawodne magazynowanie, dystrybucję i eksport są już wysoko rozwinięte. Z tych powodów amoniak przyciąga uwagę ze względu na jego potencjalną rolę w ograniczaniu emisji w określonych podsektorach systemu energetycznego, szczególnie w wytwarzaniu energii i jako paliwo żeglugowe. Stosowanie niskoemisyjnego amoniaku w elektrowniach zasilanych paliwami kopalnymi może odegrać ważną rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa elektroenergetycznego w procesie transformacji czystej energii.

Amoniak można wykorzystać do wielu celów w sektorze energetycznym w kontekście przejścia na gospodarkę niskoemisyjną. Kraje o ograniczonym bezpośrednim dostępie do źródeł niskoemisyjnej energii elektrycznej mogłyby wykorzystać amoniak jako nośnik importu wodoru. Amoniak można bowiem wytwarzać w regionach posiadających obfite zasoby odnawialne lub przy użyciu taniego gazu ziemnego, połączonego z infrastrukturą transportu i składowania CO₂, a następnie przesyłać go po stosunkowo niskich kosztach do regionów importujących.

Następnie amoniak można krakować w celu uzyskania czystego wodoru do wykorzystania w turbinach gazowych lub wykorzystać bezpośrednio poprzez wprowadzenie go do istniejących elektrowni węglowych w układzie współspalania.

Przedsiębiorstwo Chugoku Electric Power Corporation z sukcesem zademonstrowało już siedem lat temu współspalanie 1% amoniaku w jednej ze swoich komercyjnych elektrowni węglowych. JERA, inne japońskie przedsiębiorstwo energetyczne, planuje zademonstrować 20% współspalania amoniaku przy mocy 1 GW bloku węglowego do 2025 r.

Bezpośrednie wykorzystanie amoniaku w turbinach gazowych zostało dotychczas z powodzeniem wykazane jedynie w mikroturbinach gazowych o mocy do 300 kW. Niska prędkość spalania amoniaku i stabilność płomienia zostały zidentyfikowane jako problemy uniemożliwiające jego zastosowanie w większych turbinach gazowych, obok zwiększonej emisji NOx.

Jednak firma Mitsubishi Heavy Industries ogłosiła plany komercjalizacji do 2025 r. turbiny gazowej o mocy 40 MW, spalającej bezpośrednio 100% amoniaku. Udowadnia ona, że emisjami NOx i podtlenku azotu można i należy zarządzać za pomocą technologii „końca rury”, takich jak płuczki. Wynikające z tego zanieczyszczenie powietrza i wpływ tych gazów na klimat znacznie zmniejszyłyby korzyści wynikające z przyjęcia amoniaku jako nośnika energii, gdyby tak nie było.

Amoniak można również wykorzystać jako sezonowy nośnik energii w sektorze energetycznym, dzięki czemu energia elektryczna może zostać przekształcona w amoniak, gdy występuje jej nadwyżka, i spalona w elektrowniach w okresach niedoboru fotowoltaiki i energii wiatrowej.

Amoniak jest o rząd wielkości tańszy niż akumulatory służące do magazynowania energii na okresy międzysezonowe. W 2018 r. w Wielkiej Brytanii firma Siemens zademonstrowała wykorzystanie amoniaku do magazynowania energii elektrycznej, przekształcając energię elektryczną z wiatru w drodze elektrolizy w wodór, a następnie w amoniak do przechowywania. Zmagazynowany amoniak wykorzystywano następnie w silniku spalinowym do produkcji energii elektrycznej, gdy zaszła taka potrzeba.

Amoniak w żegludze

Amoniak szczególnie dobrze nadaje się jako paliwo dla statków oceanicznych. Prawie 200 portów na całym świecie posiada terminale amoniaku, które obsługują międzynarodowy handel około 20 mln ton amoniaku rocznie. Główną przeszkodą w stosowaniu amoniaku, jako paliwa żeglugowego, jest jednak to, że jest on toksyczny, a jego stosowanie może prowadzić do emisji NOx i N₂O. Fakt, że amoniak jest stosowany jako gaz chłodniczy od dziesięcioleci pokazuje jednak, że podmioty działające w branży zdobyły znaczną wiedzę specjalistyczną w zakresie bezpiecznego obchodzenia się z nim.

Wiodący na świecie producenci silników morskich opracowują silniki spalinowe zasilane amoniakiem i spodziewają się, że będą one dostępne na rynku już niebawem. Jeden z tych wytwórców, firma MAN, oświadczyła, że do 2025 r. planuje udostępnić pakiet modernizacyjny dotyczący amoniaku, który będzie ułatwiać konwersję istniejącego statku napędzanego paliwami kopalnymi na statek niskoemisyjny. Zresztą hasło „Gotowy do amoniaku” staje się powoli określeniem statków, które w przyszłości mają zostać przystosowane do zasilania amoniakiem.

Statki morskie napędzane amoniakiem mają być wprowadzane do użytku już w najbliższym czasie. Transport kontenerowy ma być pierwszym sektorem, w którym do floty wejdą tego typu statki napędzane amoniakiem. Stanie się tak, gdyż trasy, na których pływają te statki są ze sobą mocno powiązane i tym samym dodatkowe koszty można rozłożyć na wielu klientów. Oczekuje się, że innymi pionierami, wykorzystującymi amoniak, będą też tankowce przewożące towary energetyczne, które mają już pojemność magazynowania i doświadczenie operacyjne w zakresie obsługi paliw.

W dłuższej perspektywie amoniak może stać się nawet paliwem docelowym dla statków oceanicznych, odpowiadając za około jedną czwartą całkowitego końcowego zużycia w krajowej i międzynarodowej żegludze morskiej. Do tego czasu całkowity tonaż amoniaku wykorzystywanego jako paliwo żeglugowe – który obecnie nie występuje na skalę komercyjną – będzie odpowiadał ponad połowie wolumenu wykorzystywanego do konwencjonalnych zastosowań rolniczych i przemysłowych.

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 5/2024

"Chemia i Biznes” to dwumiesięcznik biznesowo-gospodarczy, stworzony z myślą o firmach poszukujących rzetelnej, aktualnej i profesjonalnie przygotowanej informacji na temat rynku chemicznego i sektorów powiązanych.

amoniakenergetykawodór