إزالة الكربون من ممرات الشحن العالمية عبر الأمونيا الخضراء

الأمونيا الخضراء لحل انبعاثات الشحن

عند الحديث عن انبعاثات الكربون، أول ما يتبادر إلى الذهن هو السيارات والشاحنات، بالإضافة إلى محطات الطاقة التي تعمل بالفحم والغاز. فكرة أقل شيوعًا حول المستهلك الرئيسي للطاقة والملوث الكبير هي صناعة الشحن.

90٪ من التجارة العالمية تُنقل عبر السفن، غالبًا ما تعبر محيطات كاملة. وهذا يمثل ما لا يقل عن 36٪ من انبعاثات الغازات الدفيئة العالمية. كما أنها قطاع لا يمكن تقريبًا كهربائيته الآن، لأن البطاريات ليست ذات كثافة طاقة كافية لدفع سفينة لآلاف الأميال في البحر.

التلوث الكربوني ليس المشكلة الوحيدة هنا، حيث اعتمدت صناعة الشحن تاريخيًا على أدنى درجات النفط، وهو سائل سميك شبيه بالقطران يُسمى “وقود الخزان”، أو زيت الوقود الثقيل/الزيت المتبقي.

المصدر: Wikipedia

وقد تنتج صناعة الشحن، لفترة من الوقت، تلوثًا أكثر، حيث يتعين عليها الآن تجنب ممرات البحر الأحمر وقناة السويس وسط تصاعد الصراع في غزة واليمن. سيضيف ذلك آلاف الأميال الإضافية لجميع التجارة بين أوروبا وآسيا.

في الوقت نفسه، يجبر الجفاف الناجم عن ظاهرة النينيو في قناة بنما أيضًا التجارة بين آسيا وأمريكا الشمالية على التحويل إلى طرق تجارية أطول.

هذا ما حذرنا قراءنا منه مبكرًا في 21 ديسمبر 2023، في مقالتنا “مشكلات إمدادات الوقود الأحفوري – أزمة شحن وطاقة وشيكة“.

المصدر: BBC

تحسن تدريجي لتلوث الشحن

خفض انبعاثات الكبريت

استخدام زيت الوقود الثقيل، أكثر أشكال النفط تلوثًا، جعل صناعة الشحن مسؤولة عن إنتاج 18-30٪ من أكسيد النيتروجين العالمي و9٪ من أكسيد الكبريت. يمكن أن تكون هذه المشكلة أسوأ في المناطق المحلية، فمثلاً تنتج سفن الرحلات السياحية وحدها ثلاثة أضعاف تلوث الكبريت في برشلونة مقارنةً بجميع السيارات في المدينة مجتمعة.

سعت اللوائح الجديدة إلى حل هذه المشكلة. منذ يناير 2020، قطعت اللوائح الجديدة للمنظمة البحرية الدولية (IMO) بشكل جذري الانبعاثات المسموح بها من الكبريت في الغلاف الجوي.

استجابةً لذلك، اضطر قطاع الشحن إلى اعتماد وقود منخفض الكبريت أو الاستمرار في استخدام زيت الوقود الثقيل مع أنظمة التنقية. ومع ذلك، غالبًا ما تقوم هذه الأنظمة بإزالة الكبريت من انبعاثات الهواء فقط لتلقينه إلى الماء وإلقائه في المحيط.

الوقود البديل

خيار آخر هو التحول إلى الغاز الطبيعي المسال (LNG)، حيث يحترق الغاز الطبيعي بانبعاثات كبريت أقل بكثير وانبعاثات كربون أقل قليلًا مقارنةً بالنفط. المشكلة هي البنية التحتية، فمعظم السفن غير مجهزة بمحركات قادرة على حرق LNG بدلاً من الوقود منخفض الكبريت أو زيت الوقود الثقيل.

في جميع الأحوال، لا يقلل الوقود منخفض الكبريت أو أنظمة التنقية للـ LNG من انبعاثات الكربون بشكل ملحوظ.

لهذا يبحث الخبراء الآن عن الوقود البديل كحل محتمل. أحد أبرز المرشحين لهذا الوقود الأخضر هو الأمونيا الخضراء.

مقدمة عن الأمونيا الخضراء

الأمونيا، أو NH3، هي ثاني أكثر المواد الكيميائية إنتاجًا في العالم. إنها سماد ويمكن حرقها أو أكسدتها لإنتاج النيتروجين والماء.

NH3 +O2 → N2 + H2O

لذلك، هي مشابهة إلى حد ما لاحتراق الهيدروجين في أنها تنتج فقط نواتج ثانوية غير ضارة، على الأقل في الظروف المثالية.

الفرق مع الهيدروجين هو أن الأمونيا جزيء أكبر بكثير من H₂ وأكثر استقرارًا. هذا يجعل نقلها وتخزينها أسهل بكثير. كما أن الأمونيا أكثر كثافة طاقة بنحو 50٪ مقارنةً بالهيدروجين السائل.

المصدر: Kleinman Center For Energy Policy

مثاليًا، ستعتمد اقتصاديات الأمونيا على ما يُسمى الأمونيا الخضراء المنتجة من الطاقة المتجددة. وهذا يميزها عن أنواع الأمونيا الأخرى:

• الأمونيا الرمادية/البنية: تُنتج من الوقود الأحفوري.
• الأمونيا الزرقاء: تُنتج من الوقود الأحفوري مع احتجاز الكربون.
• الأمونيا الوردية (تُسمى أحيانًا الأمونيا الصفراء): تُنتج من الطاقة النووية.
• الأمونيا الفيروزية: تُنتج من التحلل الحراري للميثان. يُفكك الميثان إلى هيدروجين وكربون صلب، يُحوَّل الهيدروجين لاحقًا إلى أمونيا. يمكن تخزين الكربون الصلب أو استخدامه في تطبيقات مثل ألياف الكربون.

وقود أخضر صديق للشحن

ما يجعل الأمونيا مرشحًا جيدًا لاستبدال زيت الخزان والوقود الأحفوري الآخر في الشحن هو خصائصها اللوجستية.

الهيدروجين متقلب جدًا وغير كثيف بما يكفي للاستخدام في رحلات عابرة للمحيطات. الوقود الحيوي إما غير محايد كربونيًا بما يكفي أو يُنتج بكميات صغيرة لا تلبي احتياجات الطاقة الضخمة لصناعة الشحن.

على النقيض، يمكن تخزين الأمونيا إما في شكل سائل عند -33°C (عند الضغط الجوي) أو مضغوطة فوق 7.5 بار (عند 20°C). هذا يقلل بشكل كبير من خسائر الطاقة ويجعل النفقات الرأسمالية لتخزين ونقل الأمونيا ممكنة.

وبسبب سهولة التخزين، بما في ذلك التخزين طويل الأمد، يمكن إنتاجها باستخدام طاقة متجددة متقطعة مثل الطاقة الشمسية أو الرياح واستهلاكها في وقت لاحق.

أخيرًا، يسمح استخدام الأمونيا السائلة للموانئ بإعادة استخدام البنية التحتية القائمة، مثل خزانات التخزين والأنابيب، التي تُستخدم حاليًا للنفط.

الاستفادة من هيكل الشحن المركزي

دراسة جديدة سلطت الضوء على حقيقة أخرى قد تساعد في تسريع تبني الأمونيا كوقود شحن أخضر. فحص باحثون في أكسفورد، يعملون في برنامج أكسفورد للبنية التحتية المستدامة (OPSIS) وتكنولوجيا الأمونيا الخضراء بأكسفورد (OXGATE) متطلبات البنية التحتية لإزالة الكربون من صناعة الشحن.

وجدوا أن استهداف أكبر 10، 50، و100 موانئ عالميًا من حيث طلب الوقود سيغطي 21.3٪ (21.8٪)، 45.7٪ (46.7٪)، و62.0٪ (62.6٪) من الطلب التراكمي على وقود الأمونيا الخضراء.

يمكن أن يكون هذا أكثر صحة في بعض المناطق، على سبيل المثال:

“في أوقيانوسيا، شمال أفريقيا، جنوب آسيا وجنوب شرق آسيا، يمكن تلبية أكثر من 60٪ من طلب الوقود باستهداف أكبر 10 موانئ إقليمية حسب طلب الوقود”

“الإمداد الأمثل للوقود بالأمونيا الخضراء لإزالة الكربون من الشحن العالمي”

Jasper Verschuur et al 2024 Environ. Res.: Infrastruct. Sustain. 4 015001

ذلك لأن هناك آلاف الموانئ في العالم، لكن الأكبر منها تدفع معظم الحركة وتخدم أكبر السفن (والتي تستهلك أكبر قدر من الوقود).

سيناريو مستقبل معتدل الطموح (MOD-AMB) وذو طموح عالي (HIGH-AMB) – المصدر: ERIS

كما وجد الباحثون في سيناريوهم أن معظم الإنتاج يمكن تركيزه حول خط الاستواء ودوائر المناخ الاستوائية، حيث تكون إنتاجية الطاقة الشمسية هي الأكثر كفاءة، مع “أقل من 10٪ من الأمونيا تُصنع عند خط عرض مطلق أكبر من 30 (40) درجة”.

المصدر: IOP Science

الاستثمارات المطلوبة

حاول الباحثون في أكسفورد أيضًا quantifying الاستثمار المطلوب لإزالة الكربون من ممرات الشحن باستخدام الأمونيا الخضراء. وجدوا أن معظم التكاليف ستأتي من البنية التحتية لإنتاج الأمونيا، خاصة مزارع الطاقة الشمسية في المناطق الاستوائية وصحاري أستراليا والشرق الأوسط، لتحل محل مصادر الوقود الأحفوري. التكلفة الإجمالية المقدرة؟ حوالي 2 تريليون دولار.

على الرغم من أن هذا يبدو مبلغًا كبيرًا، فإن نفس مستوى النفقات الرأسمالية سيكون مطلوبًا لاستخراج وتكرير النفط الذي ستستهلكه الصناعة في سيناريو الأعمال المعتادة. لذا، فإن الأمر يتعلق أكثر بتغيير مصدر الطاقة من زيادة تكاليف الشحن.

ثورة في الشحن

لطالما كانت صناعة الشحن تعتمد إلى حد كبير على العمالة اليدوية والتقنيات القديمة مثل محركات زيت الخزان.

يتغير ذلك بسرعة، لا سيما مع وصول الذكاء الاصطناعي إلى الصناعة (وهو ما غطيناه بعمق في مقالتنا “تأمين ممرات الشحن عبر استخدام الذكاء الاصطناعي“)، والتي ست:

• تجعل السفر البحري أكثر أمانًا.
• تسمح بالملاحة غير المأهولة.
• تحسن تحسين المسارات واستهلاك الوقود.

الثورة الأخرى التي تقترب من صناعة الشحن هي التحول إلى الطاقة المتجددة والوقود غير الملوث. في الوقت الحالي، أكثر المرشحين احتمالًا هو الأمونيا الخضراء، حيث إن الأمر يتعلق أساسًا بالسياسة والاستثمار، مع إتقان جميع التقنيات الرئيسية (الطاقة الشمسية على نطاق واسع + إنتاج وتخزين الأمونيا) بالفعل.

في الواقع، البديل الوحيد الممكن هو ثورة في إنتاج الوقود الحيوي، ربما باستخدام الوقود الحيوي الطحوي، وهو ما نبحث فيه في مقالتنا “الوقود الحيوي الطحوي: الثورة الطاقة القادمة؟“.

لكن بالنظر إلى أن الوقود الحيوي من الجيل الثالث (غالبًا ما يكون كيميائيًا مماثلًا للوقود المستند إلى النفط) سيُحتاج إليه على نطاق واسع من قبل صناعة السفر الجوي لتقليل الانبعاثات، فمن المحتمل أن تظل الأمونيا في صميم جهود تقليل الكربون في الشحن وربما حتى النقل البري.

الأمونيا لأسهم الوقود

هذه القائمة تركز على شركات الأمونيا الخضراء المشاركة في نشرها في صناعة الشحن. Leaders in ammonia generation, like for example CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) or Yara International ASA (YAR.OL) are mostly producing ammonia from natural gas currently. But they are likely to turn to green ammonia in due time and might be an option for investors as well.

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizons is a subsidiary of the Aker group, which is centered around green energy. The Aker group is an important Norwegian conglomerate focusing on renewables and marine/offshore businesses.  Aker Horizon is the holding company for several subsidiaries, including carbon capture, green hydrogen, and renewable energies.

المصدر: Aker

The company is notably very active in hydrogen and green ammonia generation, with a goal to decarbonize Arctic shipping.

So, Aker is not a purely green ammonia company but can handle the entire vertical integration of green ammonia, from offshore windmills to hydrogen generation to green ammonia production. It is also working on projects like waste-to-energy in France, a biomass plant in Germany, and carbon capture in the Middle East (Saudi Arabia and UAE).

This makes it a good stock for investors looking for exposure to the green energy sector at large, with a strong positioning on green ammonia & shipping, but also other green energies, and some geographical diversification.

2. AmmPower Corp.

AmmPower is similar to FuelPositive in that it provides modular ammonia generation systems, but at a larger scale, with its base module able to produce 4 tons/day. This puts the company’s clients more into the range of very large farms (10,000+ acres) or industrial operations like textiles, refrigeration, mining, pharmaceuticals, or semiconductors.

This modular system based on standard containers could also be right at home in harbors looking to progressively scale up their on-site ammonia production capacities.

المصدر: AmmPower

The company is in the process of building its order book, with the near-term booking potential estimated at $30M, and sale prospects for 690 units from 52 countries. The company estimates the electricity cost to be around $360/ton of ammonia.

The modularity of the system allows for a quick turnaround and deliveries, with less than a year compared to the 3-4 years of similar projects without the modular approach.

It is also working on technology to transform waste into ammonia, in a joint venture with CTEC Energy Sales USA.

To further the progress of ammonia into a hydrogen-ammonia economy, it is creating a dedicated subsidiary dedicated to cracking ammonia into hydrogen, which will look for additional funding separately.

By striking the scale that might fit most industrial usage, as well as shipping, AmmPower is aiming for clients and companies with deeper access to capital than most. Combined with ammonia cracking technology, this could allow it to scale up quickly following policies to push for the development of hydrogen & ammonia as an energy carrier.

Private Companies

First Ammonia is a developer of ammonia production for shipping, electricity, and other transportation.

Solydera is another fuel cell company with activity in green ammonia. Notably, it signed a  Memorandum of Understanding (MoU) with KBR in أكتوبر 2023.

You can also find other green hydrogen and green ammonia-related stocks, as well as an in-depth discussion of the technical advantages and limitations of ammonia, in our article “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.