W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Mogą Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce prywatności Cookies"

Rozumiem i zgadzam się

REKLAMA

Zielony amoniak w nadchodzącej rewolucji energetycznej

2023-11-23 / Autor: Karolina Majewska

_{Ostatnimi czasy, ze względu na nadchodzącą rewolucję w branży energetycznej, coraz częściej rozpatruje się alternatywne źródła energii. Do 2040 roku mają zostać zrealizowane cele Polityki Energetycznej Polski, która zakłada m.in. zwiększenie wykorzystania OZE. W związku z tym poszukiwane są coraz to nowsze rozwiązania, które pomogłyby w transformacji całego sektora energetycznego, a w rezultacie przyczyniły się do zastopowania negatywnych skutków zmian klimatu. W kontekście tych właśnie rozwiązań mówi się głównie o wodorze, czy technologiach OZE, jednak coraz bardziej popularny staje się także amoniak.}

Główną metodą otrzymywania amoniaku w przemyśle jest ponadstuletni proces technologiczny Habera-Boscha, prowadzony w warunkach wysokiej temperatury (400-650°C) i ciśnienia (200-400 atm.). Jest to najprostsza, jak dotąd, metoda otrzymywania tego gazu z wodoru i azotu, jednak jego synteza pochłania 2% całkowitych światowych zasobów energetycznych, wytwarzając przy tym ponad 1% CO₂ . Proces ten, oprócz swojej energochłonności, jest także drogi oraz emituje duże ilości szkodliwych gazów.

Zielony amoniak

W związku z tym potrzebne są nowe, bardziej ekologiczne metody otrzymywania amoniaku, aby można było mówić o tzw. zielonym amoniaku. Gaz ten powinien być syntezowany przy użyciu alternatywnych rozwiązań, jak np. OZE, a sama jego produkcja odnawialna i bezemisyjna. Nie należy także zapominać, że podstawowe substraty do jego otrzymywania także muszą pochodzić z „zielonych źródeł”.

Oprócz standardowego wykorzystania amoniaku w rolnictwie, jest on coraz częściej rozpatrywany jako nośnik, czy też magazyn energii. Jest on „gęsty energetycznie”, na co przekłada się ilość produkowanej energii oraz neutralny pod względem emisji szkodliwych gazów. Ma on także przewagę nad popularnym wodorem, którego przechowywanie jest trudne.

Dla przykładu, wodór należy przechowywać w temperaturze dużo niższej niż -200°C (-253°C) w postaci cieczy, bądź w postaci skroplonej, czy sprężonej pod wysokim ciśnieniem 700 barów. Ciekły amoniak natomiast można przechowywać w -33°C pod ciśnieniem 10 barów, a ponadto można to robić tanio i przez długi czas. Dzięki tym czynnikom, a także większej gęstości amoniaku w porównaniu z wodorem, zarówno przechowywanie, jak i transport amoniaku wydają się być dużo prostsze niż wodoru. Ponadto, amoniak może także znaleźć zastosowanie jako:

magazyn energii, gdyż można go przechowywać w postaci ciekłej pod niewielkim ciśnieniem,
biopaliwo, czy też paliwo zeroemisyjne – gaz ten można spalić w silniku lub wykorzystać w ogniwie paliwowym do produkcji energii elektrycznej, bądź wodoru zasilającego takie ogniwo,
nośnik wodoru.

W odniesieniu do zielonego amoniaku, mówi się także o zielonym wodorze, który miałby być produkowany przy użyciu tego pierwszego.

Ze względu na to, zielony amoniak coraz częściej pojawia się w krajowych strategiach wodorowych, jako czynnik umożliwiający jej rozwój. Ponadto, infrastruktura umożliwiająca transport amoniaku, zarówno statkami, jak i rurociągami, jest znacznie bardziej rozwinięta niż w przypadku samego wodoru. Umożliwia to produkowanie, czy też przechowywaniu amoniaku w odizolowanych miejscach, a następnie transportowanie go do przeznaczonego miejsca.

Metody otrzymywania amoniaku

W ciągu ostatnich lat zbadano kilka procesów produkcji amoniaku, m.in. z użyciem reaktorów modułowych, zmniejszoną emisją dwutlenku węgla, czy też kompatybilnością z energią odnawialną. Procesy te można także sklasyfikować w zależności od poziomu emisji CO₂ (niski poziom będzie przydatny w produkcji zielonego amoniaku), czy gotowości do wdrożenia danej technologii. Wśród nich, wyróżnia się następujące metody otrzymywania:

połączenie reformingu parowego metanu (SMR, ang. steam methane reforming) w celu wytworzenia wodoru i procesu Habera-Boscha (SMR-HB),
proces SMR-HB sprzężony z technologiami wychwytywania i składowania węgla,
proces Habera-Boscha w połączeniu z elektrolizerem wodnym z wytworzeniem wodoru,
elektrokatalityczna reakcja redukcji azotu (NRR, ang. nitrogen reduction reaction),
elektrokatalityczna redukcja azotu z użyciem wodoru,
elektrokatalityczna reakcja NRR z udziałem litu.

W przypadku reformingu parowego metanu, który pochodzi z gazu ziemnego, wydzielane są duże ilości gazów cieplarnianych, zwłaszcza w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. Dlatego niektóre procesy, tak jak np. NRR, są prowadzone w warunkach otoczenia, aby je zastąpić. Ważne jest także wstępne oczyszczanie substratów, co ogranicza wydzielanie się szkodliwych związków.

Syntezy prowadzone z użyciem elektrolizera wykorzystują prąd pochodzący z OZE. Można także mówić o nowych metodach otrzymywania, które są na razie w fazie badań, jak np. elektrokatalityczne utlenianie azotu, redukcja azotanów, fotokataliza (związana np. z promieniowaniem UV), czy bioelektrokataliza. Każdy z tych procesów ma za zadanie przyczynić się do neutralności węglowej, a także ograniczyć ilość wydzielanych do atmosfery tlenków azotu.

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 4/2023

"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.

amoniak wodór energetyka technologie

Podoba Ci się ten artykuł? Udostępnij!

Oddaj swój głos

Ten artykuł nie został jeszcze oceniony.