Stara chemia w nowych barwach
Firma Saudi Aramco, która stoi za tym transportem, wyprodukowała paliwo przez przekształcenie węglowodorów (czyli produktów pochodnych ropy naftowej) w wodór, a następnie przerobiła produkt na amoniak z wychwyceniem produktu ubocznego w postaci dwutlenku węgla. Amoniak magazynuje więc wodór, który jest również nazywany "błękitnym" w odróżnieniu od wodoru "zielonego", który pochodzi ze źródeł odnawialnych, a nie z paliwa kopalnego. Sam może też być spalany jako paliwo w elektrowniach cieplnych, co ważne, bez emisji dwutlenku węgla.
Dlaczego lepiej przechowywać i transportować wodór związany w amoniaku niż po prostu czysty wodór? "Amoniak jest łatwiejszy do skroplenia - skrapla się w temperaturze minus 33 stopni Celsjusza - i zawiera 1,7 razy więcej wodoru na metr sześcienny niż wodór skroplony", czytamy w opracowaniu wspierającego nową technologię banku inwestycyjnego HSBC.
Arabia Saudyjska, największy eksporter ropy naftowej na świecie, inwestuje w technologie służące do pozyskiwania wodoru z paliw kopalnych i przetwarzania produktu na amoniak. Amerykańska firma Air Products & Chemicals Inc. podpisała latem umowę z saudyjską firmą ACWA Power International i podmiotami odpowiedzialnymi za budowę planowanego dopiero futury-stycznego miasta Neom (2), które królestwo chce zbudować na wybrzeżu Morza Czerwonego. Na mocy umowy powstać ma warta pięć miliardów dolarów fabryka amoniaku na bazie wodoru, zasilana energią odnawialną.
Wodór jest paliwem, jak wiadomo, czystym, które nie wytwarza wskutek spalania nic poza parą wodną. Jest często przedstawiany jako cudowne źródło ekologicznej energii. Jednak rzeczywistość jest nieco bardziej skomplikowana. Całkowity bilans emisyjny wodoru jest bowiem na tyle czysty, na ile czyste jest paliwo, które zostało użyte do jego wytworzenia. Biorąc pod uwagę całościowy bilans emisji, wyróżnia się takie odmiany gazu jak wodór zielony, wodór niebieski i wodór szary. Zielony wodór jest wytwarzany wyłącznie przy użyciu odnawialnych i bezemisyjnych źródeł energii. Wodór szary, najbardziej rozpowszechniona w gospodarce forma wodoru, jest produkowany z paliw kopalnych, co oznacza, że niskoemisyjność wodoru jest w zasadzie niwelowana przez proces jego produkcji. Wodór niebieski to nazwa nadana wodorowi produkowanemu wyłącznie z gazu ziemnego, który charakteryzuje się niższą emisją dwutlenku węgla i jest czystszy niż większość paliw kopalnych.
Amoniak to związek chemiczny, który zawiera trzy cząsteczki wodoru i jedną cząsteczkę azotu. W tym sensie "magazynuje" wodór i może być wykorzystywany jako surowiec do produkcji "zrównoważonego wodoru". Sam amoniak, podobnie jak wodór, nie uwalnia dwutlenku węgla podczas spalania w elektrowni cieplnej. Błękit w nazwie oznacza, że jest wytwarzany przy użyciu gazu ziemnego (a w niektórych przypadkach węgla). Jest to uważane za bardziej ekologiczną formę produkcji energii także dzięki możliwości wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla (CCS) w procesie konwersji. Tak przynajmniej zapewnia Aramco, firma zajmująca się taką produkcją.
Od niebieskiego do zielonego
Wielu specjalistów uważa, że wyżej opisana technika to jedynie etap przejściowy, a celem jest dojście do efektywnej produkcji zielonego amoniaku. Ten nie będzie się oczywiście różnić składem chemicznym, podobnie zresztą jak błękitny nie różni się chemicznie od jakiegokolwiek innego amoniaku. Chodzi po prostu to, że proces wytwarzania zielonej wersji będzie całkowicie bezemisyjny i nie będzie miał nic wspólnego z paliwami kopalnymi. Może to być np. oparta na odnawialnych źródłach instalacja do produkcji wodoru, konwertowanego następnie na amoniak w celu łatwiejszego przechowywania i transportu.
W grudniu 2018 r. ukazał się raport brytyjskiej Energy Transitions Commission, "koalicji liderów biznesu, finansów i społeczeństwa obywatelskiego z całego spektrum branż produkujących i wykorzystujących energię" pt. "Mission Possible". Zdaniem autorów, pełna dekarbonizacja amoniaku do 2050 roku jest technicznie i ekonomicznie wykonalna, jednak akurat niebieski amoniak za kilka dekad już nie będzie miał znaczenia. Dominować miałby ostatecznie zielony amoniak. Wynika to, jak czytamy w raporcie, z wysokich kosztów wychwytywania końcowych 10-20% CO2 w procesie produkcji. Jednak inni komentatorzy zwracają uwagę, że przewidywania te są oparte na obecnym stanie techniki. Tymczasem badania nad nowymi metodami syntezy amoniaku trwają.
Na przykład Matteo Masanti, inżynier w firmie Casale SA (będącej członkiem Ammonia Energy Association), przedstawił nowo opatentowany proces "konwersji gazu ziemnego na amoniak z redukcją emisji CO2 do atmosfery sięgającą 80% w odniesieniu do najlepszych dostępnych technologii". Proponuje on, mówiąc w uproszeniu, zastąpienie jednostki CDR (carbon dioxide removal), służącej do wychwytywania dwutlenku węgla z gazów spalinowych po spalaniu - "strategią dekarbonizacji przed spalaniem".
Jest wiele innych nowych pomysłów. Amerykańska firma Monolith Materials proponuje "nowy proces elektryczny do konwersji gazu ziemnego do węgla, w postaci sadzy, i wodoru, z dużą wydajnością". Węgiel nie jest tutaj produktem odpadowym, ale substancją, która może przybrać formę komercyjnie wartościowego towaru. Firma chce wodór magazynować nie tylko w postaci amoniaku, ale również np. w metanolu. Pojawiła się też eSMR, technika opracowana przez firmę Haldor Topsøe z Danii, która polega na wykorzystaniu energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych jako dodatkowego źródła ciepła procesowego na etapie reformingu parowego metanu w produkcji wodoru w fabryce amoniaku. Przewiduje się, że zmniejszy ona emisję CO2 przy produkcji amoniaku około 30%.
Jak wiadomo, produkcją wodoru, zajmuje się także nasz Orlen. O produkcji zielonego amoniaku, jako magazynu energii mówił na kongresie Polska Chemia, we wrześniu 2020 r., czyli na kilka dni przez wyruszeniem wspomnianego na początku transportu do Japonii, Jacek Mendelewski, członek zarządu firmy Anwil z grupy PKN Orlen. Tak naprawdę zapewne chodziło o amoniak błękitny, według opisanej wyżej klasyfikacji. Z tej wypowiedzi nie wynika jasno, że ten produkt jest przez Anwil już produkowany, ale można założyć, że i w Polsce są przynajmniej plany wytwarzania błękitnego amoniaku.
Mirosław Usidus
