Decarbonizzare le rotte marittime globali con l’ammoniaca verde

Ammoniaca Verde Per Risolvere le Emissioni Marittime

Quando parliamo di emissioni di carbonio, le prime cose che vengono in mente sono auto e camion, così come le centrali elettriche a carbone e gas. Un pensiero meno comune riguardo al maggior consumatore di energia e emettitore di carbonio è l’industria marittima.

Il 90% del commercio mondiale viene trasportato su navi, spesso attraversando interi oceani. Questo rappresenta non meno del 36% delle emissioni globali di gas serra. È anche un settore che, per ora, è praticamente impossibile da elettrificare, poiché le batterie non sono sufficientemente densamente energetiche da spingere una nave per migliaia di miglia in mare.

L’inquinamento da carbonio non è l’unico problema, poiché l’industria marittima ha storicamente fatto affidamento sul grado più basso di petrolio, un liquido denso simile al catrame chiamato “bunker fuel”, o olio combustibile pesante/olio residuo.

Fonte: Wikipedia

E l’industria marittima potrebbe, per un po’, produrre ancora più inquinamento, poiché ora deve evitare le rotte del Mar Rosso/Canale di Suez a causa del conflitto in escalation a Gaza e nello Yemen. Questo aggiungerà migliaia di miglia extra di viaggio per tutto il commercio tra Europa e Asia.

Nel frattempo, una siccità indotta da El Niño nel Canale di Panama sta costringendo anche il commercio Asia‑Nord America a deviare verso rotte più lunghe.

Qualcosa che avevamo avvertito ai nostri lettori il 21 dicembre 2023, nel nostro articolo “Fossil Fuel Supplies Troubles – Looming Shipping And Energy Crisis”.

Fonte: BBC

Miglioramento Lento dell’Inquinamento Marittimo

Riduzione delle Emissioni di Zolfo

L’uso del bunker oil, la forma più inquinante di petrolio, ha reso l’industria marittima responsabile della produzione del 18‑30% di ossido di azoto globale e del 9% di ossido di zolfo. Questo problema può essere ancora peggiore in aree localizzate, ad esempio solo le navi da crociera producono 3 volte più inquinamento da zolfo a Barcellona rispetto a tutte le auto della città messe insieme.

Nuove normative hanno cercato di risolvere questo problema. Dal gennaio 2020, nuove normative dell’International Maritime Organization (IMO) hanno ridotto radicalmente le emissioni di zolfo autorizzate nell’atmosfera.

In risposta, l’industria marittima ha dovuto adottare combustibili a basso contenuto di zolfo o continuare a usare olio combustibile pesante con scrubber. Tuttavia, questi scrubber spesso rimuovono semplicemente lo zolfo dalle emissioni atmosferiche, per poi depositarlo nell’acqua e scaricarlo nell’oceano.

Combustibili alternativi

Un’altra opzione è passare al GNL (Gas Naturale Liquefatto), poiché il gas naturale brucia con emissioni di zolfo molto più basse e emissioni di carbonio leggermente inferiori rispetto al petrolio. Il problema è di natura infrastrutturale, poiché la maggior parte delle navi non è equipaggiata con motori in grado di bruciare GNL invece di olio a basso contenuto di zolfo o bunker oil.

In ogni caso, l’olio a basso contenuto di zolfo e lo scrubber del GNL non riducono significativamente le emissioni di carbonio.

Questo è il motivo per cui gli esperti stanno ora guardando ai combustibili alternativi come potenziale soluzione. Un candidato principale per questo combustibile verde è l’ammoniaca verde.

Una Guida Introduttiva sull’Ammoniaca Verde

L’ammoniaca, o NH3, è il secondo prodotto chimico più prodotto al mondo. È un fertilizzante e può essere bruciata o ossidata per produrre azoto e acqua.

NH3 +O2 → N2 + H2O

Quindi, è in qualche modo simile alla combustione dell’idrogeno in quanto produce solo sottoprodotti innocui, almeno in condizioni ideali.

La differenza con l’idrogeno è che l’ammoniaca è una molecola molto più grande dell’H₂ e molto più stabile. Questo rende il suo trasporto e stoccaggio molto più facili. L’ammoniaca è anche quasi il 50% più densa di energia rispetto all’idrogeno liquido.

Fonte: Kleinman Center For Energy Policy

Idealmente, un’economia dell’ammoniaca si baserebbe sulla cosiddetta ammoniaca verde prodotta da energia rinnovabile. Questo la distingue da altri tipi di ammoniaca:

• Ammoniaca grigia/marrone: prodotta da combustibili fossili.
• Ammoniaca blu: prodotta da combustibili fossili ma con cattura del carbonio.
• Ammoniaca rosa (a volte chiamata anche ammoniaca gialla): prodotta da energia nucleare.
• Ammoniaca turchese: prodotta dalla pirolisi del metano. Questo scompone il metano in idrogeno e carbonio solido, con l’idrogeno successivamente convertito in ammoniaca. Il carbonio solido può essere immagazzinato o usato per applicazioni come le fibre di carbonio.

Un Combustibile Verde Adatto alla Navigazione

Ciò che rende l’ammoniaca un buon candidato per sostituire il bunker oil e altri combustibili fossili nella navigazione sono le sue qualità logistiche.

L’idrogeno è troppo volatile e non sufficientemente denso per essere usato in viaggi transoceanici. I biocarburanti o non sono abbastanza neutri dal punto di vista carbonico o sono prodotti in quantità troppo piccole per soddisfare il massiccio consumo energetico dell’industria marittima.

Al contrario, l’ammoniaca può essere immagazzinata sia in forma liquida a -33 °C (a pressione atmosferica) sia pressurizzata sopra 7,5 bar (a 20 °C). Questo limita notevolmente le perdite energetiche e rende possibili le spese in conto capitale per immagazzinare e trasportare l’ammoniaca.

Inoltre, grazie alla facilità di stoccaggio, compreso lo stoccaggio a lungo termine, può essere prodotta con energia rinnovabile intermittente come solare o eolico e consumata in un secondo momento.

Infine, l’uso di ammoniaca liquida permette ai porti di riutilizzare le infrastrutture esistenti, come serbatoi di stoccaggio e tubazioni, attualmente usate per il petrolio.

Sfruttare la Struttura Centralizzata della Navigazione

Un nuovo studio ha portato alla luce un altro dato che potrebbe aiutare ad accelerare l’adozione dell’ammoniaca come combustibile verde per la navigazione. Ricercatori di Oxford, operanti all’Oxford Programme for Sustainable Infrastructure Systems (OPSIS) e all’Oxford Green Ammonia Technology (OXGATE), hanno esaminato i requisiti infrastrutturali per decarbonizzare l’industria marittima.

Hanno scoperto che mirare ai primi 10, 50 e 100 porti a livello globale in termini di domanda di carburante coprirebbe rispettivamente il 21,3% (21,8%), il 45,7% (46,7%) e il 62,0% (62,6%) della domanda cumulativa di carburante a base di ammoniaca verde.

Questo può essere ancora più vero in alcune regioni, ad esempio:

“in Oceania, Nord Africa, Sud Asia e Sud‑Est Asia, oltre il 60% della domanda di carburante può essere soddisfatta puntando ai primi 10 porti regionali misurati in base alla domanda di carburante”

“Fornitura ottimale di carburante a base di ammoniaca verde per decarbonizzare la navigazione globale”

Jasper Verschuur et al 2024 Environ. Res.: Infrastruct. Sustain. 4 015001
Questo perché, sebbene esistano migliaia di porti nel mondo, i più grandi generano la maggior parte del traffico e servono le navi più grandi (e più a consumo di carburante).

scenario futuro moderatamente ambizioso (MOD-AMB) & altamente ambizioso (HIGH-AMB) – Fonte: ERIS

I ricercatori hanno anche scoperto che, nel loro scenario, la maggior parte della produzione potrebbe essere concentrata intorno all’Equatore e alle latitudini tropicali, dove la produzione di energia solare è più efficiente, con “meno del 10% di ammoniaca prodotta a una latitudine assoluta superiore a 30 (40) gradi”.

Fonte: IOP Science

Investimenti Necessari

I ricercatori di Oxford hanno anche cercato di quantificare l’investimento richiesto per decarbonizzare le rotte marittime con l’ammoniaca verde. Hanno scoperto che la maggior parte dei costi deriverebbe dall’infrastruttura per produrre l’ammoniaca, principalmente fattorie solari nei tropici e nei deserti dell’Australia e del Medio Oriente, sostituendo le fonti di combustibili fossili. Il costo totale stimato? ~ 2 trilioni di dollari.

Sebbene questo possa sembrare molto, un capex non dissimile sarà necessario per trovare e raffinare il petrolio che l’industria consumerebbe in uno scenario di business‑as‑usual. Quindi, si tratta più di cambiare la fonte di energia che di aumentare i costi della navigazione.

Una Rivoluzione nella Navigazione

La navigazione è stata per molto tempo un settore prevalentemente basato sul lavoro manuale e su tecnologie obsolete come i motori alimentati da bunker oil.

Questo sta cambiando rapidamente, in particolare con l’arrivo dell’IA nel settore (qualcosa di cui abbiamo parlato in profondità nel nostro articolo “Securing Shipping Lanes Through the Use of Artificial Intelligence”), che:

• Rende più sicuro il viaggio marittimo.
• Consente la navigazione senza equipaggio.
• Ottimizza le rotte e il consumo di carburante.

L’altra rivoluzione che sta arrivando per l’industria marittima è il passaggio a energie rinnovabili e combustibili non inquinanti. Per ora, il candidato più probabile è l’ammoniaca verde, poiché si tratta principalmente di una questione di politiche e investimenti, con tutte le tecnologie chiave (solare su larga scala + produzione e stoccaggio di ammoniaca) già padroneggiate.

In realtà, l’unica alternativa possibile sarebbe una rivoluzione nella produzione di biocarburanti, potenzialmente con biocarburanti algali, qualcosa che approfondiamo nel nostro articolo “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?”.

Ma considerando che i biocarburanti di terza generazione (spesso chimicamente identici ai carburanti a base di petrolio) saranno probabilmente necessari in grandi quantità dall’industria del trasporto aereo per decarbonizzare, è probabile che l’ammoniaca rimanga al centro degli sforzi di decarbonizzazione della navigazione e forse anche del trasporto su strada.

Ammoniaca per Azioni di Carburante

Questa lista si concentra sulle aziende di ammoniaca verde coinvolte nella sua implementazione nell’industria marittima. Leader nella generazione di ammoniaca, come ad esempio CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) o Yara International ASA (YAR.OL) producono attualmente per lo più ammoniaca da gas naturale. Tuttavia, è probabile che passino all’ammoniaca verde a tempo debito e potrebbero rappresentare un’opzione per gli investitori.

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizons è una controllata del gruppo Aker, incentrata sull’energia verde. Il gruppo Aker è un importante conglomerato norvegese focalizzato su energie rinnovabili e attività marine/offshore.  Aker Horizon è la holding di diverse controllate, incluse quelle per la cattura del carbonio, l’idrogeno verde e le energie rinnovabili.

Fonte: Aker

L’azienda è particolarmente attiva nella generazione di idrogeno e ammoniaca verde, con l’obiettivo di decarbonizzare la navigazione artica.

Quindi, Aker non è una società esclusivamente dedicata all’ammoniaca verde, ma può gestire l’intera integrazione verticale dell’ammoniaca verde, dalle turbine eoliche offshore alla generazione di idrogeno fino alla produzione di ammoniaca verde. Sta inoltre lavorando a progetti come waste‑to‑energy in Francia, un impianto di biomassa in Germania e la cattura del carbonio in Medio Oriente (Arabia Saudita e Emirati Arabi Uniti).

Questo la rende un’azione interessante per gli investitori che cercano esposizione al settore dell’energia verde in generale, con una forte posizione sull’ammoniaca verde & navigazione, ma anche su altre energie verdi, e una certa diversificazione geografica.

2. AmmPower Corp.

AmmPower è simile a FuelPositive in quanto fornisce sistemi modulari di generazione di ammoniaca, ma su scala più ampia, con il suo modulo base in grado di produrre 4 tonnellate/giorno. Questo colloca i clienti dell’azienda più nella fascia di grandi fattorie (10.000+ acri) o operazioni industriali come tessile, refrigerazione, estrazione mineraria, farmaceutica o semiconduttori.

Questo sistema modulare basato su container standard potrebbe essere perfetto anche per i porti che desiderano aumentare progressivamente le loro capacità di produzione di ammoniaca in loco.

Fonte: AmmPower

L’azienda è in fase di costruzione del suo book di ordini, con un potenziale di prenotazione a breve termine stimato a 30 milioni di dollari, e prospettive di vendita per 690 unità provenienti da 52 paesi. L’azienda stima il costo dell’elettricità intorno a 360 $/tonnellata di ammoniaca.

La modularità del sistema consente un rapido avvio e consegne, con meno di un anno rispetto ai 3‑4 anni dei progetti simili senza approccio modulare.

Sta inoltre lavorando su una tecnologia per trasformare i rifiuti in ammoniaca, in una joint venture con CTEC Energy Sales USA.

Per favorire il progresso dell’ammoniaca verso un’economia idrogeno‑ammoniaca, sta creando una controllata dedicata allo scissione dell’ammoniaca in idrogeno, che cercherà finanziamenti aggiuntivi separatamente.

Puntando alla scala che potrebbe adattarsi alla maggior parte degli usi industriali, così come alla navigazione, AmmPower mira a clienti e aziende con accesso al capitale più profondo rispetto alla media. Combinata con la tecnologia di scissione dell’ammoniaca, ciò potrebbe permettere una rapida espansione in seguito a politiche volte a promuovere lo sviluppo di idrogeno & ammoniaca come vettori energetici.

Private Companies

First Ammonia è uno sviluppatore di produzione di ammoniaca per la navigazione, l’elettricità e altri trasporti.

Solydera è un’altra azienda di celle a combustibile attiva nell’ammoniaca verde. Notoriamente, ha firmato un Memorandum of Understanding (MoU) con KBR nell’ottobre 2023.

Puoi trovare anche altre azioni legate all’idrogeno verde e all’ammoniaca verde, nonché una discussione approfondita sui vantaggi tecnici e le limitazioni dell’ammoniaca, nel nostro articolo “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.