الطاقة
الوقود الهيدروجيني الآخر – أفضل 5 أسهم للأمونيا الخضراء
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
السعي لاستبدال الوقود السائل
مع توسع طاقة الرياح والشمس، يزيد تقلب الإنتاج الحاجة إلى التخزين والمرونة. والبطاريات أحد الخيارات، كما تناولنا في مقال «مستقبل تخزين الطاقة — تقنيات البطاريات واسعة النطاق».
يصعب تحويل بعض الاستخدامات إلى الكهرباء، ومنها النقل البحري لمسافات طويلة والشحن الجوي.
في النقل البري للبضائع، يمثل وزن البطاريات والبنية التحتية للشحن والقدرة التصنيعية تحديات، خصوصًا للمسافات الطويلة. لكن التحول كان قد بدأ بالفعل في 2023: سُلّمت أولى شاحنات Tesla Semi في ديسمبر 2022، ولم يكن صحيحًا أن النقل بالشاحنات لم يبدأ التحول إطلاقًا.
يحتوي البنزين والديزل والكيروسين على طاقة كيميائية لكل كيلوغرام أكبر مما تختزنه البطاريات. وتشمل المقارنة الكاملة أيضًا كفاءة منظومة الدفع.
(TSLA )لذلك تحظى البدائل السائلة للمنتجات النفطية بالاهتمام. يُصنع الوقود الحيوي من كتلة حيوية متجددة وقد يشبه الوقود الأحفوري، لكن التركيب والأثر البيئي يختلفان بين المنتجات. ناقشنا ذلك في «الوقود الحيوي من الطحالب: ثورة الطاقة التالية؟».
ومن الأفكار استخدام الهيدروجين حاملًا للطاقة. فهو أكثر العناصر وفرة في الكون، لكن إنتاجه اقتصاديًا وتسييله ونقله وتخزينه تنطوي على صعوبات.
يمكن تخزين الهيدروجين في مركبات كيميائية، لا في صورة غاز H2 فقط. ويمكن دمجه مع النيتروجين، الذي يشكل نحو 78٪ من الهواء، لإنتاج الأمونيا.
الأمونيا كحامل للطاقة
كيمياء بسيطة
تُستخدم الأمونيا، NH3، في تصنيع الأسمدة، ويمكنها إطلاق الطاقة بالاحتراق أو الأكسدة. والتفاعل المثالي للاحتراق الكامل إلى النيتروجين والماء هو:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
لا ينتج هذا التفاعل المثالي CO2 مباشرة، كما في احتراق الهيدروجين النقي. لكن الاحتراق الفعلي قد يولد ملوثات، والأمونيا نفسها سامة وتتطلب التعامل الآمن.
يمكن تخزين الأمونيا السائلة في ظروف حرارة وضغط أقل تطرفًا بكثير من الهيدروجين السائل. يذكر التحليل المشار إليه كثافة طاقة حجمية قدرها 3.83 ميغاواط ساعة/م³ مقابل 2.64 للهيدروجين السائل، أي زيادة تقارب 45٪ لكل حجم، لا لكل كيلوغرام.
يحسب تحليل Kleinman Center الطاقة اللازمة لتسييل الهيدروجين بما يعادل 44.7٪ من الطاقة المخزنة عند درجة حرارة −253°م (−423°ف). ووفق افتراضات النموذج قد تبلغ خسائر التخزين الموسمي 79٪. تعتمد النتائج على المدة والتقنية؛ ويمكن للتبريد النشط الحد من التبخر.
وفق التحليل نفسه، يمكن تسييل الأمونيا بتبريدها إلى أقل من −33°م عند الضغط الجوي أو بضغط يتجاوز 7.5 بار عند 20°م. تخص الكفاءة القريبة من 99٪ هذه الخطوة وحدها، لا كامل التحويل من الكهرباء إلى الوقود ثم استعادة الطاقة.
البنية التحتية القائمة
تُنتج الأمونيا بالفعل بكميات كبيرة، خصوصًا للأسمدة وكذلك للبلاستيك والمتفجرات. لذا توجد عمليات صناعية وسلاسل توريد، لكن التصنيع التقليدي يعتمد بشدة على المواد الخام والطاقة الأحفورية. وهي من أكثر الكيماويات الصناعية إنتاجًا عالميًا.
يعتمد اقتصاد الأمونيا منخفض الانبعاثات أساسًا على الأمونيا الخضراء المصنوعة بالطاقة المتجددة. وهي تختلف عن مسارات الإنتاج الأخرى الآتية:
- الأمونيا الرمادية أو البنية: إنتاج من مواد خام أحفورية من دون احتجاز CO2.
- الأمونيا الزرقاء: إنتاج أحفوري مع احتجاز CO2. ويتوقف الأثر المناخي أيضًا على نسبة الاحتجاز وتسربات الميثان.
- الأمونيا الوردية: إنتاج باستخدام الطاقة النووية. ولا تتوحد تسميات الألوان؛ فقد يدل الأصفر على مسارات أخرى أيضًا.
- الأمونيا الفيروزية: تحويل الهيدروجين الناتج من التحلل الحراري للميثان إلى أمونيا. ويمكن تخزين الكربون الصلب المصاحب أو استخدامه في منتجات مناسبة.
يذكر التحليل نحو 5,000 كم من أنابيب الأمونيا في الولايات المتحدة مقابل 490,000 كم من أنابيب الغاز الطبيعي عالية الضغط. تفيد البنية القائمة، لكن التوسع يحتاج إلى مواد متوافقة وتدابير أمان. ولا يصح وصف الأمونيا بأنها غير مسببة للتآكل عمومًا؛ فتوافق المواد والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي مهمان أيضًا، وإن اختلفا عن التقصف الهيدروجيني.
يتطلب ذلك استثمارات كبيرة في الإنتاج والبنية التحتية. وفي السيناريو المشار إليه، فإن استبدال نصف الاستهلاك العالمي للغاز الطبيعي يستلزم إنتاج أمونيا يقارب عشرين ضعف المستوى المرجعي. هذا توضيح لحجم السيناريو، لا توقع للإنتاج الفعلي.
يقارن جدول Kleinman Center عدة سلاسل تخزين. ويعطي للأمونيا طاقة مستردة بنحو 42.5–52.3٪ بعد سبعة أيام و41.8–51٪ بعد 182 يومًا. أما الحد الأعلى 84٪ فيخص الهيدروجين المضغوط لا الأمونيا. تصف الأرقام السلسلة النموذجية حتى طاقة الهيدروجين المستعاد، وليس بالضرورة كهرباء معادة إلى الشبكة.
قيود الأمونيا
قد ينتج احتراق الأمونيا الفعلي أكاسيد النيتروجين (NOx) وأمونيا غير محترقة وأكسيد النيتروز (N2O). تضر NOx بجودة الهواء. أما N2O فهو غاز مختلف؛ وقيمة احتراره لكل كيلوغرام على مدى مئة عام، وفق القيمة التي تستخدمها EPA، تقارب 273 ضعف CO2. لا تنطبق هذه النسبة على جميع NOx. وتشمل الحلول التقنية المقترحة ما يلي:
- حرق الأمونيا الخضراء مع وقود أحفوري. لا يزيل ذلك جميع الانبعاثات تلقائيًا.
- مزج الأمونيا بالهيدروجين للمساعدة على الاحتراق.
- تفكيك الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين عند الحاجة في موقع الاستخدام، مثل محطة تزويد بالوقود. وتسمى العملية التكسير.
- استخدام خلايا وقود مناسبة لتوليد الكهرباء وتشغيل محرك، مباشرة من الأمونيا أو بعد تحويلها إلى هيدروجين.
- خفض NOx بمعالجة غازات العادم. ومن الأمثلة محفزات تخزين NOx التي تستخدم البلاتين أو البلاديوم أو الروديوم. لا تتطلب كل الحلول هذه المعادن؛ إذ تُستخدم أيضًا زيوليتات النحاس ومحفزات SCR المحتوية على الفاناديوم. تعتمد التكلفة والمواد المطلوبة على النظام.
لتحقيق فائدة مناخية، يجب التحكم في انبعاثات التصنيع وكذلك NOx وN2O وفقد الأمونيا أثناء الاستخدام. ومن الخطأ اعتبار جميع NOx غاز دفيئة واحدًا له التأثير الحراري نفسه.
الأمونيا كحامل للهيدروجين
يمكن تفكيك الأمونيا مجددًا إلى النيتروجين والهيدروجين، لذا قد تصلح حاملًا للهيدروجين حتى عندما لا يناسب الاستخدامَ الاحتراق المباشر.
في هذا المسار تُستخدم الأمونيا للتخزين والنقل وبعض الاستخدامات المباشرة. وبعد التكسير يمكن تنقية الهيدروجين وضغطه عند الحاجة لخلية وقود أو محرك متوافق. وتستهلك هذه الخطوات طاقة أيضًا. وتتوقف الفوائد المحتملة التالية على التصميم والتطبيق:
- ظروف تسييل أقل تطرفًا من الهيدروجين، مع إمكانية استخدام الطاقة المتجددة في التصنيع.
- يمكن استخدام الطاقة المتجددة منخفضة التكلفة خلال فترات الإنتاج الزائد (شمس قوية ورياح) لتقليل تكاليف إنتاج الوقود الإجمالية.
- يمكن لتخزين الوقود عدة أشهر دعم صمود الطاقة والنقل. وقد تساعد المخزونات سيارات الإسعاف وسلاسل الإمداد عند انقطاع الكهرباء، بشرط أن تظل مرافق الوقود وتوزيعه قادرة على العمل.
- الاحتفاظ بفوائض الأشهر المشمسة أو كثيرة الرياح لفترات انخفاض إنتاج الطاقة المتجددة.
قد تكون المقابلة الصارمة بين اقتصاد الأمونيا واقتصاد الهيدروجين مضللة.
أحد السيناريوهات الممكنة هو الجمع بين الأمونيا والهيدروجين، باستخدام كل حامل في الأغراض الأنسب لخصائصه:
- الأمونيا لنقل حامل الطاقة وتخزينه طويلًا واستغلال فوائض الكهرباء المؤقتة.
- الهيدروجين للاستخدام المباشر والتخزين الأقصر وبعض العمليات الصناعية، مثل صناعة الصلب. أما محركات الطائرات فتحتاج إلى مزيد من التطوير التقني.
يمكن للمحطات النووية أيضًا أن تسهم في خفض الانبعاثات بتوفير طاقة منخفضة الكربون للأمونيا الوردية، بالتوازي مع كهربة النقل.
الطريق إلى اقتصاد الأمونيا
لا يزال توقيت الانتشار الواسع غير مؤكد. وصفت الدراسات التي نوقشت في 2023 الإنتاج الأخضر الكبير بأنه الجيل الثاني، وربما يبدأ انتشاره من 2030 فصاعدًا. كان ذلك سيناريو تطوير، لا موعدًا مضمونًا للنجاح التجاري.
وُصف الإنتاج الأعلى كفاءة عبر الاختزال الكهروكيميائي المباشر في ذلك السيناريو بأنه جيل ثالث في أواخر ثلاثينيات القرن الحالي. وكانت التقنية والمحفزات الكهربائية المناسبة ما زالت قيد التطوير.
المصدر: Science Direct
كانت التوقعات للأمونيا الخضراء مرتفعة. فقد قدّر توقع سوقي صادر في 2023 النمو من نحو 300 مليون دولار في 2023 إلى 17.9 مليار دولار في 2030، بمعدل نمو سنوي مركب يقارب 72.9٪. هذا تقدير تاريخي، لا نمو متحقق أو مضمون.
أفضل 5 أسهم للأمونيا الخضراء
تركّز هذه القائمة على شركات الأمونيا الخضراء أو الهيدروجين الأخضر. لكن القادة الحاليون في إنتاج الأمونيا، مثل على سبيل المثال CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) أو Yara International ASA (YAR.OL) من المرجح أن يتحولوا إلى الأمونيا الخضراء في الوقت المناسب وقد يكونون خيارًا أيضًا.
1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)
كانت Aker Horizons في 2023 شركة الطاقة الخضراء ضمن مجموعة Aker النرويجية. وعملت المجموعة في الطاقة المتجددة والنقل البحري والأنشطة في عرض البحر، ضمن مجالات أخرى.
المصدر: Aker
كانت Aker Horizons شركة قابضة تستثمر في الطاقة المتجددة واحتجاز CO2 وتطوير مشروعات الهيدروجين.
المصدر: Aker
طورت الشركة مشروعات للهيدروجين والأمونيا الخضراء، بهدف خفض انبعاثات النقل البحري القطبي ضمن أهدافها. ولا يعني تطوير المشروع أن جميع المصانع المخططة كانت قد بدأت الإنتاج.
المصدر: Aker
لم تكن شركة متخصصة في الأمونيا وحدها. شملت المحفظة مراحل متعددة من الكهرباء المتجددة إلى الهيدروجين والإنتاج المخطط للأمونيا. وذكر المقال كذلك طاقة من النفايات في فرنسا، وكتلة حيوية في ألمانيا، واحتجاز CO2 في السعودية والإمارات.
كانت فكرة الاستثمار في مقال 2023 أن التنوع يوفر انكشافًا على تقنيات ومناطق متعددة. وظل تنفيذ المشروعات وتمويلها عاملين حاسمين.
2. Plug Power Inc. (PLUG)
تعمل Plug Power (PLUG ) في خلايا الوقود والهيدروجين الأخضر. أورد المقال تاريخيًا أكثر من 40,000 رافعة شوكية تستخدم خلاياها وإيرادات تعادل ثمانية أمثال 2013. وطورت أيضًا إنتاج الهيدروجين ولوجستياته وتسليمه وأنظمة كهرباء واسعة النطاق.
المصدر: Plug Power
في عرض أكتوبر 2023، توقعت Plug أن يخفض التوسع متوسط تكلفة الهيدروجين المورّد من نحو 10 إلى 4 دولارات للكيلوغرام بحلول 2027. وفسر المقال الزيادة المتوقعة في الكميات بنحو أربعة عشر ضعفًا. كانت هذه أهدافًا، لا نتائج محققة.
المصدر: Plug Power
كانت Plug تسجل خسائر وتستثمر في التوسع. ذكر العرض زيادة 1,900٪ في قدرة تصنيع المعدات منذ 2020، لا إنتاج هيدروجين فعليًا يساوي تسعة عشر ضعفًا. وبلغ توقع إيرادات النصف الثاني من 2023 نحو 730 مليون دولار مقابل نحو 470 مليونًا في الأول؛ ولم يكن ذلك تضاعفًا تحقق بالفعل. مثلت أمريكا الشمالية جانبًا مهمًا من النشاط والخطط.
قدمت Plug الهيدروجين وقودًا للنقل ومكملًا محتملًا للمركبات الكهربائية. قد يوفر الإنتاج في الأوقات المناسبة والاستخدام في الخلايا مرونة، لكنه يضيف خسائر في الطاقة.
المصدر: Plug Power
قد يزيد توسع تطبيقات الهيدروجين والأمونيا الطلب على منتجات Plug. ركزت الشركة أساسًا على الهيدروجين والخلايا، لكن عرضها تضمن أيضًا مشروعًا فنلنديًا قيد التطوير يشمل إنتاج الأمونيا. لذلك لم يصح نفي كل صلة مباشرة بالأمونيا.
تناول المقال الشركة باعتبارها استثمارًا محتملًا في الهيدروجين، سواء استُخدمت الأمونيا حاملًا للنقل أم لا. وتتوقف النتائج على تكاليف الإنتاج واللوجستيات والتخزين والطلب والتمويل.
3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)
Ballard هي شركة أخرى لتصنيع خلايا الوقود، ورائدة في التقنية مع أول حافلة تعمل بخلايا الوقود في عام 1993.
في يونيو 2023، ركزت Ballard على الحافلات والشاحنات والقطارات والترام والسفن ومعدات التعدين والبناء وتوليد الكهرباء. وتوقعت مساهمة أكبر للشاحنات بحلول 2025، ونحو 50–60٪ من الإيرادات من أوروبا تليها أمريكا الشمالية بنحو 25٪. كان ذلك توزيع النشاط المتوقع حينها.
قدرت Ballard سوق خلايا وقود الشاحنات المحتملة في 2030 بنحو 7.5 مليار دولار، ضمن سوق شاحنات إجمالية بنحو 195 مليارًا. قاربت قيمة الخلايا مجموع الاستخدامات الأخرى في الجدول المحدد، لا جميع تطبيقات الهيدروجين عالميًا.
المصدر: Ballard
قد يجعل المدى الطويل وسرعة التزود بالوقود الخلايا مناسبة لبعض النقل الثقيل. وقد تقلل الحاجة إلى خطوط كهرباء علوية في السكك غير المكهربة. تعتمد الملاءمة على المسار وبنية الهيدروجين؛ والمقصود التزود بالوقود، لا الشحن السريع للبطاريات.
المصدر: Ballard
من الأمثلة المحددة عقد 8 ديسمبر 2022 مع Amogy لتوفير ثلاث وحدات FCwave بحرية أولًا بقدرة 200 كيلوواط لكل منها. يفكك نظام Amogy الأمونيا إلى هيدروجين، ولا يغذي خلايا PEM بالأمونيا مباشرة.
رأى المقال في النقل الثقيل فرصة محتملة لـBallard مع توسع اقتصاد الهيدروجين. يعتمد التطور على البنية والتكاليف والطلبات، ولا ينتج تلقائيًا من الدعم السياسي.
4. FuelPositive Corporation (NHHHF)
طورت FuelPositive نظام FP300 المعياري داخل حاويات لإنتاج الأمونيا الخضراء محليًا، بدءًا بالزراعة. كانت المواصفات المذكورة حتى 300 كغ يوميًا، أي نحو 100 طن متري سنويًا، بسعر أساسي أولي قدره 950,000 دولار كندي. واعتمد السعر النهائي على التكوين.
المصدر: Fuel Positive
استخدمت الشركة مثال مزرعة بمساحة 1,800 أكر، أي نحو 728 هكتارًا. وفي عرضها، شغل نظام شمسي بنحو 1 ميغاواط مع التخزين مساحة إرشادية 1.5 أكر، أي نحو 0.61 هكتار. هذا مثال الشركة، لا ضمان بأن تكفي المساحة نفسها لإمداد الإنتاج في كل مناخ.
المصدر: Fuel Positive
قدرت FuelPositive تكاليف التشغيل بنحو 560 دولارًا كنديًا للطن، بحسب سعر الكهرباء. لم تكن هذه التكلفة الكاملة شاملة شراء المصنع. قد يحد الإنتاج المحلي من التعرض لتقلبات السوق، لكنه لا يلغي جميع المخاطر. وذكر المقال سعرًا تاريخيًا للأمونيا بلغ 1,350 دولارًا للطن في فترة محددة.
المصدر: BusinessAnalitIQ
كانت الشركة في مرحلة مبكرة عام 2023. تضمنت أهداف اجتماعها السنوي إضفاء الصفة الرسمية على أول ثلاثين طلبًا وبدء تشغيل مصنع جديد أوائل 2025. لم يثبت ذلك وجود ثلاثين طلبًا مؤكّدًا بالفعل. وكانت أول عملية تسليم في مارس أو ربيع 2024 خطة آنذاك، لا تسليمًا مكتملًا.
أبرز المقال التصميم المعياري الذي قد يدعم الإنتاج اللامركزي وتصنيع المعدات الموحد.
طورت FuelPositive تعاونًا مع Cipher Neutron، التي طورت محللات كهربائية بأغشية تبادل أنيوني من دون معادن مجموعة البلاتين.
كان سوق الأسمدة الهدف الأول. أما استخدام الأمونيا وقودًا للآلات الزراعية فيحتاج إلى محركات أو أنظمة هيدروجين متوافقة وبنية مناسبة.
يمكن للنهج اللامركزي المعياري خدمة سوق الأمونيا كحامل للطاقة مستقبلًا. وقدمت الأسمدة أول مجال للتطوير التجاري قبل تطبيقات الطاقة الأوسع.
5. AmmPower Corp. (AMMPF)
طورت AmmPower أيضًا وحدات معيارية، بقدرة تصميمية لـIAMM تبلغ أربعة أطنان مترية من الأمونيا يوميًا. استهدفت مزارع تتجاوز 10,000 أكر، نحو 4,047 هكتارًا، وصناعات مثل النسيج والتبريد والتعدين والأدوية وأشباه الموصلات. لا تعني القدرة الاسمية وجود أسطول واسع من المعدات المركبة بالفعل.
المصدر: AmmPower
ذكر المقال حينها طلبات محتملة قريبة بقيمة 30 مليون دولار وفرص بيع 690 نظامًا في 52 دولة. كانت هذه فرصًا تجارية، لا عقودًا مؤكدة أو إيرادات محققة.
تقدير 360 دولارًا للطن يخص الكهرباء وحدها، لا إجمالي الإنتاج والصيانة ورأس المال.
استهدف النهج المعياري التسليم خلال أقل من عام، مقابل ثلاث أو أربع سنوات لبعض المشروعات التقليدية. كان ذلك هدف تطوير، واعتمد الزمن الفعلي أيضًا على المشروع والتراخيص.
أعلنت AmmPower في 15 يونيو 2023 اتفاق مشروع مشترك مع CTEC Energy Sales USA لاستخدام النفايات في إنتاج الأمونيا. استخدم المسار المقترح هيدروجين وكهرباء من النفايات لتشغيل معدات تخليق IAMM.
ذكر المقال أيضًا خطة إنشاء شركة فرعية منفصلة لتفكيك الأمونيا إلى هيدروجين والسعي لتمويل مستقل. كانت التقنية قيد التطوير، لا مثبتة على نطاق تجاري.
استهدفت AmmPower عملاء صناعيين ومزارع كبيرة بوصول أفضل نسبيًا إلى رأس المال. قد يتيح تخليق الأمونيا وتفكيكها فرصًا في سوق الهيدروجين، لكن التوسع يعتمد على التمويل والتقدم التقني والطلبات الفعلية.
