Energi

Ammoniakproduktion er enormt skadelig for miljøet – Ingeniører har netop udviklet en renere metode

mm
Udgivet den
Opdateret den
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Oplysning: Securities.io kan modtage betaling, når du bruger links til produkter, vi anmelder. Det påvirker ikke vores redaktionelle vurderinger. Vi er ikke registreret investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsrådgivning. Læs vores affiliateoplysning.

Ammonia: Fra forurenende til grønt alternativ

Ammoniak er blevet diskuteret som et alternativ til fossile brændstoffer for applikationer, der er svære at elektrificere, såsom skibsfart, lastbiltransport eller langtids energilagring. Det er også blevet foreslået som et mellemliggende skridt til sikker transport af hydrogen, som derefter kan bruges i brændselsceller.

Normalt er produktionen af ammoniak afhængig af at kombinere hydrogen med nitrogen gas under højt tryk og høje temperaturer, en proces kaldet Haber-Bosch-processen. Desværre er denne metode forurenende og ikke særlig energieffektiv.

I stedet har forskere ved University of Illinois, Texas Tech University og General Ammonia Company optimeret en ny metode til at producere ammoniak, der udnytter ethanol med en ladet lithium-elektrode.

Dette er ikke deres første gennembrud, med tidligere arbejde med elektrokatalytiske skærme (et kobbernet) til ammoniakproduktion samt “sol-til-brændstof“-ammoniakgeneratorer.

Lithium “Symphony” For Green Ammonia Production

Den nye ammoniakproduktionsmetode fungerer ved at kombinere nitrogen gas og en hydrogen‑donerende væske som ethanol med en ladet lithium‑elektrode.

Denne “Lithium‑medierede ammoniaksynthese” (LiMAS) fungerer i 3 på hinanden følgende trin:

  1. Først et trin kaldet Li+‑elektrodeposition. Dette udføres med strømoscillationer for at sikre en højkvalitets solid‑elektrolyt‑grænseflade (SEI) & spændingsstabilitet.
  2. Dernæst binder nitrogenmolekylet sig til lithium i en proces kaldet Li‑nitridation.
  3. Til sidst tilføjer Li3N‑protolyse hydrogenatomerne til nitrogen, hvilket skaber ammoniak (NH3).

 

Forskerne beskriver processen som en “symfoni”, da hvert trin reguleres på en måde, så processen forbliver effektiv og holder materialet i cyklus for den næste runde af kemiske reaktioner.

“Der er to løkker, der forekommer. Den ene er regenerering af hydrogenkilden, og den anden er regenerering af lithium. Der er en symfoni i denne reaktion på grund af den cykliske proces.

Det, vi gjorde, var at forstå denne symfoni på en bedre måde og forsøge at modulere den på en meget effektiv måde, så vi kan skabe en resonans og få den til at bevæge sig hurtigere.” – Singh, lektor i kemisk ingeniørvidenskab ved UIC.

Elektrodepositionstrinnet er den vigtigste innovation i denne forskning, da det i høj grad forbedrer NH3‑selektiviteten.

De fandt også to andre faktorer, der øger produktiviteten af ammoniakproduktion:

  • Øge trykket af nitrogen gas op til 20 bar.
  • Bruge alkohol som kilde til hydrogen.
    • 1-butanol som hydrogen‑donor opnåede det højeste udbytte
    • Vand er en meget mindre effektiv hydrogen‑donor, i modsætning til hvad det videnskabelige samfund hidtil har antaget.

Samlet set gør disse indsigter højtryks‑LiMAS (“Lithium‑medieret ammoniaksynthese”) mere produktiv end både lavtryks‑LiMAS og Haber‑Bosch‑processen.

Kilde: UIC Today

The Problems From Ammonia Production

Green Ammonia

Vi nævnte, hvordan ammoniakproduktion sandsynligvis er et afgørende skridt i afkarboniseringen af hele økonomiens sektor og i opbygningen af en hydrogenøkonomi. Vi diskuterede dette i vores artikel “Afkarbonisering af globale shippingruter gennem grøn ammoniak”.

Dette er især sandt, hvis processen drives af grøn energi (herunder brug af grøn hydrogen), da andre former for ammoniak er mindre miljøvenlige.

Dette adskiller grøn ammoniak fra andre typer ammoniak:

  • Grå/brun ammoniak: produceret fra fossile brændstoffer.
  • Blå ammoniak: produceret fra fossile brændstoffer men med kulstofopsamling.
  • Lyserød ammoniak (nogle gange også kaldet gul ammoniak): produceret fra nuklear energi.
  • Turkis ammoniak: produceret ved pyrolyse af metan. Dette nedbryder metan til hydrogen og fast kulstof, som senere omdannes til ammoniak. Det faste kulstof kan lagres eller bruges til anvendelser som kulfiber.

I dag produceres størstedelen af ammoniak til anvendelser som gødningsproduktion og den kemiske industri (farvestoffer, sprængstoffer osv.). Det fremstilles primært ved brug af fossile brændstoffer, især naturgas.

Som følge heraf rangerer ammoniak som nummer to kun overtruffet af cement blandt industrielle processer med hensyn til CO2‑udledning og udgør 1,5 % af de samlede CO2‑udledninger.

De høje temperaturer, der kræves af Haber‑Bosch‑processen, hjælper heller ikke med at reducere energiregningen for ammoniakproduktion, da denne energi ofte kommer fra fossile brændstoffer, herunder kul med høje CO2‑udledninger.

Industrializing LiMAs

Selvom lithium ikke er det billigste materiale, er det heller ikke usædvanligt dyrt og forbruges ikke i ammoniakproduktionen ved brug af højtryks‑LiMAS.

Så, kombineret med den høje energieffektivitet, er denne metode en lavpris‑kilde til ammoniak.

Forskerne fra University of Illinois anslår, at hvis metoden skaleres op, vil den være økonomisk levedygtig

“processen ville producere ammoniak til $456 per ton, hvilket er 60 % billigere end tidligere lithium‑baserede tilgange og andre foreslåede grønne metoder”.

– Singh, lektor i kemisk ingeniørvidenskab ved UIC.

Dette ville placere den produktionsmetode i samme prisleje som andre grønne alternativer, der stadig er under udvikling, såsom for eksempel Fuel Positives containeriserede ammoniakgenerationssystem, der sigter mod CA$560 per ton, eller AmmPowers modulære ammoniaksystem med $360 per ton kun for el‑omkostninger (uden at tælle vedligeholdelse og kapitaludgifter).

(Vi diskuterer disse 2 virksomheder og andre i vores artikel “Den anden brintbrændstof – Top 5 grønne ammoniakaktier”)

$456 per ton ville også være i overensstemmelse med de fleste af verdens regionale priser på ammoniak, som i øjeblikket er drevet af fossilbrændstofbaseret produktion.

Ammoniakpriser er også udsat for vildt svingende priser, når naturgaspriserne stiger, som i 2022 i begyndelsen af krigen i Ukraine.

Forskere er allerede i partnerskab med General Ammonia Co. for at pilotere og skalere deres lithium‑medierede ammoniaksyntheseproces. Et pilotanlæg vil blive bygget i Chicago‑området, og University of Illinois Office of Technology Management har indgivet et patent på processen.

Green Ammonia Companies

1. General Ammonia Company

Virksomheden, der samarbejder med University of Illinois’ forskere, er ikke børsnoteret, men “søger aktivt investeringer”.

Akkrediterede investorer kan være interesserede i at kontakte dem direkte og diskutere mulige investeringsbetingelser i virksomheden og dens højtryks‑LiMAS‑pilotanlæg.

2. NitroVolt

NitroVolt er en anden virksomhed, der ønsker at producere ammoniak ved hjælp af LiMAS, med en patentansøgning på vej for den lithium‑medierede ammoniaksyntheseproces.

Kilde: NitroVolt

Den danske virksomhed kombinerer LiMAS‑processen med sit proprietære flow‑cellesystem, hvilket muliggør en kontinuerlig, højeffektiv reaktion.

Virksomhedens forskning er blevet offentliggjort i prestigefyldte videnskabelige publikationer, især:

Kilde: NitroVolt

Virksomheden modtog sin første investering den 6. marts 2024 fra VC‑firmaet BackingMinds.

3. FuelPositive Corporation (NHHHF)

FuelPositive har skabt et modulært/containeriseret grønt ammoniakgenerationssystem. Dens første målgruppe er landbrugssektoren, hvilket muliggør on‑site ammoniakproduktion med lokalt produceret energi. Systemet kan generere op til 300 kg/dag, 100 ton per år af ammoniak for CA$950.000.

Dette gør det til et system, der passer til gårde på op til 1.800 acres. Med kun 1,5 acres dækket af solpaneler er der nok energi til at drive ammoniakproduktionen.

FuelPositive hævder, at deres system kan producere ammoniak for CA$560/ton,

Start‑up’en er i en tidlig fase, med fuldskala produktion planlagt til 2025, og 30 ordrer bekræftet indtil videre, med den første levering planlagt til marts 2024.

FuelPositives største styrke er modulariteten i deres teknologi, hvilket muliggør en mere distribueret tilgang og standardiseret masseproduktion af deres ammoniakgenerationsmodul.

Virksomheden opbygger et partnerskab med Cipher Neutron, som kan producere hydrogen uden nogen metaller fra platin‑gruppen.

Et lignende partnerskab for at bruge/licensere LiMAS‑metoden til ammoniakproduktion kunne etableres, da virksomhedens styrke ligger i deres modulære design, mere end i en proprietær ammoniakgenereringsteknologi.

Selvom hovedfokus er gødningsproduktion, kan ammoniakken bruges til at drive landbrugsmaskiner med energi produceret på stedet, afhængigt af hvor hurtigt ammoniak‑/hydrogen‑drevne landbrugsredskaber adopteres.

Den decentraliserede og modulære karakter af FuelPositive‑systemerne kan også gøre dem til et nøgleelement i en fremtidig ammoniakøkonomi. Gødningsmarkedet kan give virksomheden den nødvendige plads til at vokse, indtil brugen af hydrogen og ammoniak bliver mere udbredt.

4. AmmPower Corp. (AMMPF)

AmmPower ligner FuelPositive ved at levere modulære ammoniakgenerationssystemer, men i en større skala, hvor deres basismodul kan producere 4 ton/dag. Dette placerer virksomheden mere inden for meget store gårde (10.000+ acres) eller industrielle anlæg som tekstil, køling, minedrift, farmaceutisk industri eller halvledere.

Kilde: AmmPower

Virksomheden er i færd med at opbygge sin ordreportefølje, med et kortsigtet bookingpotentiale anslået til $30 M og salgsudsigter for 690 enheder fra 52 lande.

Virksomheden anslår, at el‑omkostningerne ligger omkring $360 per ton ammoniak.

Modulariteten i systemet muliggør en hurtig gennemløbstid og leveringer, med mindre end et år sammenlignet med 3‑4 år for lignende projekter uden den modulære tilgang.

Den arbejder også på teknologi til at omdanne affald til ammoniak i et joint venture med CTEC Energy Sales USA.

Her også kunne andre partnerskaber etableres for at integrere LiMAS‑ammoniakprocessen i det modulære design.

For at fremme udviklingen af ammoniak til en hydrogen‑ammoniakøkonomi, opretter den et dedikeret datterselskab, der fokuserer på at spalte ammoniak til hydrogen, og som vil søge yderligere finansiering separat.

Ved at ramme den skala, der kan passe til de fleste industrielle anvendelser samt meget store gårde, sigter AmmPower mod kunder og virksomheder med dybere kapitaladgang end de fleste.

Kombineret med ammoniak‑spaltningsteknologi kan dette gøre det muligt for dem at skalere hurtigt i takt med politikker, der fremmer udviklingen af hydrogen som energibærer.

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der arbejdede med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu aktieanalytiker og finansskribent med fokus på innovation, markedscyklusser og geopolitik i sin publikation 'The Eurasian Century'.