Каква ще бъде ролята на възобновяемия амоняк за намаляване на зависимостта от природен газ?

IRENA и Асоциацията за енергия от амоняка (AEA) пуснаха своя доклад „Перспектива за иновации при възобновяемия амоняк“, която актуализира в детайли текущото състояние и перспективите за зелен амоняк като енергиен носител. Тук Долф Гилен, Франсиско Бошел и Габриел Кастеланос от IRENA и Кевин Рувенхорст и Тревър Браун от AEA обобщават констатациите. Световното производство на амоняк, макар и основано използващо изкопаеми източници, вече е в мащаб като суровина за торове. Така че тази глобална мрежа ще подпомогне значително появата й като базиран на възобновяеми източници зелен източник на енергия, който може да помогне за изместването на изкопаемите горива наред с нарастващата водородна икономика. Но зеленият амоняк ще трябва да бъде създаден в мащаб, като се използват значителни добавки от възобновяема електроенергия. Основните му приложения ще бъдат за превоз на гориво, електроцентрали, а също и като носител на водород.

Авторите отбелязват, че амонякът - или NH3 - е по-добър, по-плътен енергиен носител от чистия H2. Тъй като амонякът се втечнява лесно, има 50% повече водород в резервоар с амоняк, отколкото в същия резервоар с течен водород. Авторите посочват оценката на пълния доклад за състоянието и перспективите на технологиите, цялостна разбивка на бъдещите пазари, необходимостта от стандарти и сертифициране и др.

Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) и Асоциацията за енергия от амоняк (AEA) пуснаха своята „Перспектива за иновации възобновяем амоняк“. Възобновяемият амоняк е ключов компонент от водородната икономика. Този нов анализ от IRENA и AEA предоставя актуален и подробен преглед на възобновяемия амоняк за разлика от конвенционалния амоняк и изкопаемия амоняк с намаляване на въглеродните въздействия, включително състоянието на технологиите и перспективите, както и цялостна разбивка на бъдещите пазари за възобновяеми енергийни източници.

Той също така допълва неотдавнашния анализ от IRENA относно геополитиката на зеления водород и възможностите за глобална търговия на зелен водород. Амонякът е вторият по големина пазар на водород след рафинирането на петрола днес и ще остане ключов пазар в бъдеще.

Производството на възобновяеми източници на амоняк е пазарен сегмент на водород, който се развива бързо и иновативните приложения на амоняк могат да разширят значително този пазар. Възобновяемият амоняк може да намали зависимостта от природен газ, която в момента е ключов проблем в Европа. ЕС-27 произведе около 13,2 Mt амоняк, което се равнява на около 10 млрд. куб. метра потребление на природен газ.

Амоняк като тор

Амонякът е съществена глобална стока. Всяка година се произвеждат близо 200 млн. тона амоняк. Торовете са най-големият пазар на амоняк днес. Съществуват различни видове азотни торове като амониев нитрат и урея.

Последствията от сегашната ситуация с цените на природния газ в Европа стават очевидни. Например производителят на торове Yara обяви съкращаване на производствените си звена за карбамид-амоняк в Италия и Франция, позовавайки се на високите цени на газа. Други последваха примера им. В някои европейски страни промените в цените на едро се отразяват почти веднага в цените на дребно, докато в други това отнема до две години.

В този контекст възобновяемият амоняк може да бъде рентабилен в сравнение с амоняка на основата на изкопаеми сили много по-рано от очакваното. Технико-икономическият анализ, съдържащ се в този нов доклад, осигурява основата за разбиране на въздействието върху цената от прехода към възобновяем амоняк.

Амонякът като енергиен носител

Освен на пазара на торове, нараства интересът към амоняка като енергиен носител. Това приложение включва зелен амоняк като гориво без CO2 за океански плавателни съдове, като гориво за електроцентрали или като водороден енергиен носител. Тъй като амонякът лесно се втечнява, той е с по-голяма енергийна плътност от водорода. Всъщност има 50% повече водород в резервоар с амоняк, отколкото в същия резервоар с течен водород. Поради високото съдържание на водород, обемното енергийно съдържание на амоняка е приблизително наполовина от това на петролните продукти - най-високото спрямо всяко едно друго нисковъглеродо горива. Световното производство на амоняк днес представлява около 2% (8,6 EJ) от общото крайно потребление на енергия. Днес вещестовото се произвежда почти изключително от изкопаеми горива. По-голямата част от амоняка се произвежда от природен газ, докато Китай го използва като суровина за въглища.

Китай представлява около една трета от световното производство. Типичната инсталация за производство на амоняк на газ е 60% енергийна ефективна, докато инсталацията на базата на въглища е по-малко ефективна. Като правило, съвременният процес на реформиране на метан с газова пара изисква 28 GJ/t амоняк, докато съвременният процес на газификация на въглища изисква 42 GJ/t амоняк.

Директните емисии от производството на амоняк в момента възлизат на 450 Mt CO2. Уреята поставя специални предизвикателства, защото нейното производство изисква амоняк и CO2. Този CO2 се отделя при прилагане на карбамидния тор. Следователно, други азотни торове нямат този проблем и може да се наложи частично изместване от карбамида в бъдеще.

Подобряване на икономическата жизнеспособност за зеления амоняк

Цените на амоняка са нестабилни. Сегашната спот цена на амоняка е много висока. От една страна това може да се дължи на високите цени на газа, които например засягат производството на амоняк в Европа; от друга страна, руският износ на амоняк и торове е засегнат от санкциите. Високите цени на амонячните торове представляват пряка заплаха за продоволствената сигурност, особено в развиващите се страни. Не е ясно колко време ще отнеме, за да се преодолее този недостиг. Преминаването към възобновяем амоняк – произведен от зелен водород, който от своя страна се произвежда от възобновяема енергия – може да елиминира емисиите от процеса. Освен това това ще отдели икономически производството на амоняк от цените на природния газ. Днешната цена на възобновяемия амоняк е 720 USD/т на места с добри слънчеви и вятърни ресурси. Тази цена вече е под днешната спот цена на амоняка, над 1000 USD/т и се очаква да намалее наполовина през следващите години, тъй като цената на зеления водород продължава да пада в диапазона между 310 USD/т до 610 USD/т до 2050 г.

Фигура: Текущи и бъдещи производствени разходи на възобновяем амоняк, в сравнение с диапазона на производствените разходи за нисковъглероден изкопаем амоняк (USD 2-10/GJ) / ИЗТОЧНИК: IRENA и AEA (2022), Перспективи за иновации: Възобновяем амоняк, Международна агенция за възобновяема енергия , Абу Даби.

Перспективи за международна търговия

Съществува значителен опит с доставката на амоняк: световната търговия с амоняк възлиза на 6,5 милиарда долара през 2020 г. (около 15 Mt или 10% от общото производство), като Саудитска Арабия, Русия и Тринидад и Тобаго са основни износители и Индия, Южна Корея и Бразилия като най-големите вносители. Въпреки това се търгуват и значителни количества азотни торове, особено карбамид.

Възобновяемият амоняк отваря възможността за използване на отдалечени евтини възобновяеми енергийни потенциали. Инсталациите за ВЕИ на амоняк в GCC (Съветът за сътрудничество в Персийския залив) вече се стремят към пазара на Индия. Освен това в Австралия се извършват значителни разработки за възобновяеми източници на амоняк, насочени към експортния пазар.

Бъдещ растеж на търсенето 2050 г

Докато прилагането на торове ще продължи да стимулира търсенето на амоняк, иновативните приложения могат да създадат нови възможности на пазара на веществото.
И доставките

В световен мащаб днес корабите използват около 300 Mt гориво за бункериране. Като се има предвид, че амонякът има около половината от енергийната плътност, съществува потенциален пазар на амонячно гориво от 550 Mt. Амонякът приема течна форма при -33C, така че не е необходимо да се съхранява в резервоари с високо налягане или криогенни резервоари. Амонякът е труден за изгаряне, така че в момента се разработват специализирани двигатели с вътрешно горене, които се очаква да излязат на пазара през 2024 г. В момента се демонстрират кораби, работещи с амоняк. По-специално корабите за втечнен природен газ се строят с опция за модернизиране на амоняк.

Алиансът за зелени горива, включително партньори от ОАЕ, Египет и Франция, планира да произвежда 350 000 тона годишно зелен амоняк за подхранване на морския трафик по Суецкия канал.

…Производство на енергия

Амонякът може да се използва и като гориво в електроцентрали. Япония има за цел да внесе 3 Mt амонячно гориво до 2030 г., което ще нарасне до 30 Mt до 2050 г. Също така производителите на електроенергия от други места са изразили интерес към тази опция. Амонячното гориво обаче струва 20 USD/GJ, докато въглищата струват 2-5 USD/GJ. Директното производство на електроенергия от възобновяеми източници от слънчева и вятърна енергия е много по-евтино и по-ефективно. Но способността за внос на амоняк и капацитетът за сезонно съхранение на амоняк дават жизнеспособен път.

... Водороден носител

Амонякът също изглежда най-добрият вариант за междуконтинентален транспорт на водород. Анализът на модела IRENA предполага, че около 15% от целия чист амоняк ще бъде изпратен по този начин, което би се равнявало на около 100 Mt амоняк. От този търгуван амоняк 80% ще бъдат директно консумирани, а 20% ще бъдат преобразувани във водород. Това преобразуване изисква допълнителна енергия. В момента се разработва енергийно ефективно преобразуване на амоняк във водород. Търговската технология може да бъде изградена в голям мащаб днес, ако има търсене за това.
От този търгуван амоняк 80% ще бъдат директно консумирани, а 20% ще бъдат преобразувани във водород. Това преобразуване изисква допълнителна енергия. В момента се разработва енергийно ефективно преобразуване на амоняк във водород. Търговската технология може да бъде изградена в голям мащаб днес, ако има търсене за това.
 

Фигура: Очаквано търсене на амоняк до 2050 г. за сценария 1,5°C / ИЗТОЧНИК: IRENA и AEA (2022), Перспективи за иновации: възобновяем амоняк, Международна агенция за възобновяема енергия, Абу Даби.

Зеленият амоняк зависи от допълнителното производство на електроенергия от възобновяеми източници
До 2050 г., в сценария IRENA 1,5°C, преходът ще доведе до пазар на амоняк от 688 милиона тона (Mt), почти четири пъти по-голям от днешния пазар. Растежът ще бъде движен от нови енергийни нужди. „Зеленият амоняк“ ще доминира в сценария IRENA. 566 милиона тона ново производство на амоняк от възобновяеми източници трябва да започне през следващите три десетилетия. Производството на този амоняк ще съставлява почти една пета от световния пазар на зелен водород.

Сцеплението с възобновяемия амоняк е очевидно, когато се разглежда новият тръбопровод за производствен капацитет. Към днешна дата са обявени около 60 проекта за възобновяеми източници на амоняк, докато в момента са обявени само около 10 нови проекта за нисковъглеродни изкопаеми амоняк.

Капацитетът на тези обявени възобновяеми заводи за амоняк в момента възлиза на общо 15 Mt амоняк годишно до 2030 г. (около 8% от настоящия пазар на амоняк). Пълният тръбопровод на проекта е почти пет пъти по-голям. Само 15 Mt възобновяем амоняк изисква 2,7 Mt водород, което изисква около 30 GW електролизатори и 60 GW капацитет за производство на енергия от възобновяеми източници.

За да представим това в перспектива, през 2021 г. капацитетът на водороден електролизер от 0,5 GW навлиза в промишлени производства по целия свят. 566-те годишни тона възобновяем амоняк, който ще бъде произведен до 2050 г., ще се нуждаят от около 2300 GW мощност за производство на възобновяема енергия. А това е близо до една трета от глобалния кумулативен капацитет за производство на електроенергия днес.

Така че развитието на възобновяем амоняк ще има голямо въздействие върху глобалното развитие на зелен водород през следващите години. Освен това последиците от свързването на сектора на възобновяемата енергия и сектора на амоняка са значителни по отношение на допълнителния капацитет за производство на електроенергия от възобновяеми източници.

Необходимостта от стандарти и сертифициране

Амонякът е безвъглеродно гориво, но днешното производство е основен източник на емисии на CO2. Ако амонякът се търгува в световен мащаб, чистият или възобновяемият характер на веригата за доставки не е даденост. Европейският механизъм за корекция на въглеродните граници е създаден, за да третира продуктите от ЕС и чуждестранните продукти еднакво по отношение на цените на CO2. От решаващо значение е как се установява възобновяемият характер на доставката на електроенергия за производство на водород.

За изкопаемия амоняк със смекчаване на въглеродния отпечатък, отчитането на уловения CO2 е от решаващо значение. Например, използването на уловен CO2 за подобрено извличане на нефт, за производство на карбамид или за производство на метанол не е без CO2. AEA се занимава с разработването на схема за сертифициране на амоняк, с фокус върху глобалната хармонизация в подкрепа на международната търговия.

В заключение, възобновяемият амоняк е ключова ранна пазарна възможност за зелен водород и възобновяемият амоняк може да се превърне в глобално търгувана стока от възобновяема енергия. Възобновяемият амоняк се очертава като важен елемент в европейската дискусия за намаляване на зависимостта от внос на природен газ.