Амонякът може да се счита за гориво на бъдещето, но доколко е безопасен за хората и околната среда при пренасяне?

Изгаряния, слепота, задушаване и агонизираща смърт могат да бъдат причинени дори от умерени концентрации на амоняк – силно токсичен химикал, получен от водород, който се очаква да стане основно гориво в процеса на декарбонизация. Един от вариантите за пренос на водорода е превръщането му в амоняк. В съчетание с щетите, които амонякът може да причини на морските екосистеми - след голям разлив в морето това вещество може да „стерилизира кубични мили от океана“ – не е чудно, че някои наблюдатели се чувстват неспокойни от перспективата  амонякът (NH3) да бъде разнасян по целия свят , особено в огромните обеми, които се обсъждат.

Според неотдавнашен доклад на Международната агенция за възобновяема енергия IRENA, една четвърт от световния водород ще се търгува в международен мащаб през 2050 г. при сценарий от 1,5°C, като 45% от този водород ще бъде изпратен като амоняк – приблизително 69 милиона тона H2. Това е почти еквивалентът на целия (предимно сив) водород, който се произвежда в световен мащаб днес.

IRENA също така заявява, че при 1,5 °C търсенето на амоняк ще се увеличи четирикратно до средата на века до 688 милиона тона - като 197 млн. т от него се използват като гориво за корабоплаване и 127 млн. т за превозване на водород.

Амонякът — който днес се използва главно за производство на торове и рафиниране на нефт — е широко предпочитан както като гориво за корабоплаване, така и като носител на H2, тъй като е много по-енергийно плътен като обем от компресирания или втечнения водород и е много по-лесен за съхранение от последния, което изисква криогенни температури от минус 253°C. Газообразният амоняк обаче може да се съхранява като течност при стайна температура под налягане от само 10 бара или при атмосферно налягане при минус 33°C.

Безопасност в морето

Един от проблемите с драматичното увеличаване на доставките на амоняк е, че колкото повече кораби излизат в открито море, вероятността от сериозен инцидент нараства. Морската индустрия вече има „незавиден“ рекорд по безопасност, според данни на групата Together in Safety, която отбеляза увеличение от 5% на произшествията и инцидентите при корабоплаване до 2815 през 2019 г. в сравнение с 2018 г.

„Много плавателни съдове потъват“, казва Дейвид Себон, професор по машинно инженерство в университета в Кеймбридж, цитиран от Recharge, отбелязвайки, че 40% от всички превозвани товари днес се състоят от изкопаеми горива.

„Две дузини кораби потъват всяка година и ако 40% от тях превозват амоняк, за да заменят изкопаемите горива като начин за пренос на енергия, тогава това биха били десет кораба годишно. [Дори] ако сте имали половината или една четвърт от това... все още имате много амоняк, който може да се озове в океана.

И не се заблуждавайте, амонякът е гаден. Това е каустик, търсещ вода химикал, който се прикрепя към влагата - включително в очите, устата, белите дробове, гърлото или кожата на човек.

Точните граници на експозиция варират според регулациите, но дори много ниски концентрации във въздуха от само 30 части на милион (ppm) — възможни от много малък теч или дори понякога при нормална работа на кораба — могат да причинят затруднения в дишането, ако човек е изложен на тях за повече от 15 минути.

При 100 ppm ще се появи дразнене на очите и гърлото, а при 500-700 ppm всяка експозиция става опасна, с риск от изгаряния на гърлото, кожата, белите дробове и очите, потенциално причиняващи слепота. При по-високи концентрации рискът от смърт се увеличава значително. Тежестта на нараняването зависи от точната концентрация на амоняк и продължителността на експозицията. В най-лошия случай може да причини изгаряне на дихателните пътища и затваряне на подуване, задушавайки жертвата.

Това не свършва дотук. Когато амонякът се разлее - например при сблъсък в морето, който причинява спукване на резервоара - и особено ако попадне във вода, той реагира с кондензация във въздуха, за да образува тежка, токсична мъгла, която не се разсейва.

Газовият облак от амоняк е „много труден за локализиране“, обяснява Джордж Малупас, асоцииран учен в Кипърския морски и морски институт (CMMI), като отбелязва, че докато пристанището или индустриалната зона могат да бъдат евакуирани, за да се избегне облак от разлив, това е „почти невъзможно“, за да направите това на кораб в морето. И докато амонякът е значително по-малко запалим от втечнения природен газ (LNG), той все пак е запалим, така че всяко изтичане в морето би било придружено от риск от експлозия или пожар.     

Сериозен разлив на амоняк също би бил опустошителен и за морските дълбини. Амонякът се разтваря във вода, за да образува амониев хидроксид, който е силно токсичен за морския живот. „Концентрация от 1 ppm амоняк във вода е достатъчна, за да убие много морски организми“, Пол Мартин, съосновател на Hydrogen Science Coalition, „Кораб, потъващ с товар амоняк, потенциално може да стерилизира цели кубични мили от океана.“

Ефектите биха били по-лоши, ако разливът се случи в залив или пристанище, където естествено срещащите се нива на амоняк вече са повишени поради високи нива на разлагаща се органична материя на морското дъно и ниска водна обмяна, казва Манос Мораитис, асистент учен в морския отдел на CMMI и Център за крайбрежни екосистеми.

„Амонякът се смята за една от най-честите причини за смъртта на риба във водните екосистеми“, казва той за медията. „Въздействието на изтичането на амоняк в пристанища, устия и полузатворени заливи ще бъде най-тежко.“

Добри данни за безопасност до момента?

На сушата е имало няколко нашумели амонячни инцидента, не на последно място опустошителния пътен инцидент през 1976 г. в Тексас, където изпаренията на NH3 от катастрофирал цистерна с амоняк убиха петима души и раниха още 178.

А миналия месец Carlsberg беше глобен с 3 милиона британски лири (3,6 милиона долара) от британските регулатори за изтичане на амоняк от една от пивоварните, което уби един и сериозно рани друг.

Но си струва да се отбележи, че досега е имало сравнително малко инциденти с амоняк в морето, въпреки факта, че NH3 в продължение на много години е бил транспортиран по море в обем - около 8% от общото производство, според оценките на Мартин.

Базата данни на IHS Markit за аварии в корабоплаването отчита само четири инцидента, свързани с амоняк към 2021 г., от които само един е свързан с изтичане на NH3, транспортиран като товар, събитие без наранявания, смъртни случаи или екологични щети. Останалите три обаче бяха фатални инциденти - всички на риболовни кораби, където амонякът, използван като бордов хладилен агент, или изтече, или експлодира.

Но Себон предупреждава, че вероятността от повече инциденти в резултат на очакваното разширяване на транспорта на амоняк ще бъде увеличена от липсата на ефективна регулация в морето - както и от некомпетентността, бездействието или корупцията на служителите.

Пример в това отношение е петролния танкер Safer, който в момента ръждясва край бреговете на Йемен и е изложен на риск от изтичане на 1,14 милиона барела петрол в морето поради политическа безизходица за това кой е отговорен за него по време на гражданска война.

И експлозията на амониев нитрат в Бейрут, Ливан, през август 2020 г. — която уби 218 души поради служебна небрежност — демонстрира катастрофалните последици от един-единствен отказ, свързан с опасни вещества, дори ако с него се работи внимателно и безопасно от огромното мнозинство от тези, които го използват.

Според Together in Safety човешката грешка е фактор, допринасящ за 75-96% от инцидентите в морето, тъй като продължителните периоди на борда и времето далеч от близките подкопават ефективността на екипажите. Този рисков фактор се изостря още повече от необходимостта от добре обучен персонал със специализирани познания за това как да се борави с амоняк - което някои транспортни компании може да не са в състояние или да желаят да изпълнят.

„Големият риск от амоняка като насипен енергиен носител е тероризмът“, казва той. „Танкер, приютен на място близо до населено място, би бил примамлива цел и може да доведе до смъртни случаи и наранявания в катастрофален мащаб.“

Рисковете нарастват при използване на амоняк като гориво

Друг проблем за сравнително чистата безопасност на амоняка е, че използването му като гориво е сравнително ново и нетествано - и по своята същност е по-рисковано. За разлика от товарния амоняк, който се превозва на борда в запечатан резервоар, амонякът, използван като гориво, ще бъде интегриран в работата на кораба. Това означава тръби, пренасящи гориво от резервоара до помещението за подготовка на горивото (пространството, съдържащо помпи, компресори и т.н.) до двигателя - увеличавайки максимално повърхността, която може да изтече или да претърпи повреда.

Това означава изгаряне на амоняк в двигател, което може да изтече или да експлодира. Това означава машинно отделение с работещ в него екипаж, който може да бъде изложен на изтичащо гориво. Това означава неорганизирани емисии на амоняк от двигателя, изтичащи през комина. Добрата новина е, че втечненият природен газ вече направи прехода от товар към гориво относително безопасен, така че има модел, който да се следва за други втечнени газове.

Лошата новина е, че както изяснява класификационното общество DNV в скорошния си наръчник за безопасност на амоняка като морско гориво, дизайнът на кораби, работещи с втечнен природен газ, не е подходящ за амоняк, така че е необходим изцяло нов подход – както към дизайна, така и към работата.

„Участващият екипаж трябва да бъде подходящо квалифициран, повишен или преквалифициран, за да отговори на специфичните изисквания за работа с ново гориво с физически и химични свойства и поведение, значително различни от установените морски течни горива“, обяснява професор Елиас Ифантис, старши учен в CMMI Център за морски и офшорни науки, технологии и инженерство.

DNV предлага редица смекчаващи мерки, за да направи амоняка безопасен за товарене, транспортиране и изгаряне в морето. Първо, предлага се резервоарът за амоняк да се постави далеч от корабните и товарните операции и „внимателно“ да се обмисли разположението, за да се минимизира рискът от външни събития, като засядане или сблъсък. Той също така препоръчва газонепропускливи вторични бариери около резервоара, тръбите и двигателя, за да се задържат всички потенциални течове и да се спре просмукването им в зони, където екипажът може да работи.

В допълнение оттам призовават за изходи от въздушни шлюзове за затворени пространства, където амонякът и хората биха съществували едновременно, така че членовете на екипажа да могат бързо да избягат и да хванат всеки изтичащ NH3. Пълното оборудване за лична защита (PPE) е дадено, заедно с ефективна система за управление на така наречения „изпарен газ“ – джобове от амоняк, които биха се образували, когато студеният течен амоняк в резервоара за гориво се затопли.

На пристанището товаренето и разтоварването на амоняк трябва да се извършва възможно най-отдалечено и с добре обучен персонал, като се използват специални съединители за маркучи, които намаляват риска от течове. DNV добавя, че маркучите за зареждане с гориво трябва да се продухват с инертен газ, за да се отмие остатъчният амоняк.

И в случай, че някоя от тези системи се провали? Малупас е убеден, че системите за откриване на течове на пазара днес са в състояние да предупреждават екипажа за потенциални течове, което им позволява да се намесят, преди ситуацията да ескалира. „Има налични в търговската мрежа сензори и интелигентни системи, които са достатъчно зрели, за да откриват течове достатъчно бързо“, казва той. „Времето за реакция ще бъде толкова бързо, колкото всяка друга система, която открива течове. Има и нови системи, които ще трябва да получат одобрение.“

Като цяло CMMI, който наскоро публикува документ за използването на амоняк като енергиен носител, е на мнение, че макар амонякът наистина да е опасно вещество за транспортиране, комбинацията от регулиране и иновации ще бъде достатъчна за смекчаване на рисковете. „CMMI вярва, че амонякът е ефективен енергиен носител, при условие че технологично развити, приложими, безопасни и рентабилни решения ще бъдат напълно достъпни, надлежно валидирани и одобрени от класификационните дружества“, обясняват от организацията.

Мартин е по-малко оптимистичен, когато го попитат за вероятността от ефективно регулиране. „Уверен съм, че бихме могли да го направим, но също така съм уверен, че няма да го направим, докато значителна загуба на живот не наложи налагането на разпоредби“, казва той.

Трудно е да не се правят сравнения с ядрената енергия. Подобно на амоняка, ядрената енергия има потенциала да декарбонизира огромни участъци от енергийната система и има сравнително добри показатели за безопасност - но това не прави много малко, за да успокои общественото безпокойство относно потенциално катастрофалните последици, които могат да възникнат.

Подобно на ядрената енергия, амонякът също няма място за маневриране по отношение на безопасността. Това ще изисква огромни усилия и значителни инвестиции от корабни компании, производители на двигатели и корабни архитекти, както и политици и регулатори, за да се предотврати дори един опустошителен инцидент.