Energi

Den andre hydrogenbrennstoffen – Topp 5 grønne ammoniakk-aksjer

mm
Publisert
Oppdatert

Jakten på å erstatte flytende drivstoff

Etter hvert som fornybar energi utvikler seg, blir noen begrensninger tydeligere. Uregelmessigheten i fornybare kilder krever tilstedeværelse av energilagring. Dette kan være i form av batterier, som vi utforsket i artikkelen “Fremtiden for energilagring – Storskala batteriteknologi”.

Imidlertid er noen former for energiforbruk svært motstandsdyktige mot elektrifisering. For eksempel langdistanse sjøtransport eller luftfrakt.

Selv lastebiltransport har så langt mislyktes i å bli konvertert til elbil, på grunn av vekten av nødvendige batterier; samt begrensninger i batteriproduksjonskapasiteten, som har forsinket Tesla Semi i mange år.

I stor grad skyldes disse begrensningene at bensin/diesel/kerozin er ekstremt energitette, mye mer enn de beste batteriene.

Dermed er ideen om et flytende drivstoff som kan erstatte petroleumsprodukter svært attraktiv. En idé er biodrivstoff, som i hovedsak produserer det samme som fossilt drivstoff, men fra fornybare kilder. Det er en annen idé vi utforsket i artikkelen “Algal Biofuel: Den neste energirevolusjonen?”.

En annen idé er å bruke det mest abundante atomet i universet, hydrogen, til å lagre energi. Imidlertid har gassformig hydrogen noen begrensninger, fra vanskelighetene med å produsere det økonomisk, til energikostnadene ved å flytendegjøre, transportere og lagre det.

Hydrogenatomer trenger ikke å være i form av H2-gass for å lagre energi. Et annet ekstremt abundante element, nitrogen, som utgjør 4/5th av atmosfæren vår, kan hjelpe.

Ammoniakk som energibærer

Enkel kjemi

Ammoniakk, eller NH3, er et gjødselmidler og kan brennes eller oksideres for å produsere nitrogen og vann.

NH3 +O2 → N2 + H2O

Det er dermed noe likt hydrogenforbrenning, i den forstand at det kun produserer harmløse biprodukter, i det minste under ideelle forhold (mer om dette senere).

Forskjellen fra hydrogen er at ammoniakk er et mye større molekyl enn H2, og også mye mer stabilt. Dette gjør transport og lagring betydelig enklere. Ammoniakk er også nesten 50 % mer energitett enn flytende hydrogen.

Hydrogenflytendegjøring sløser 44,7 % av energien den inneholder, da den krever kjøling til -253°C (-423°F). Å holde den i flytende form fører til ytterligere tap, som øker med lagringstid, potensielt opp til 79 % tap for sesonglagring.

“Ammoniakk, derimot, kan flytendegjøres ved enten å kjøle den ned under -33°C (ved atmosfærisk trykk) eller ved å trykke den over 7,5 bar (ved 20°C) – betydelig mer oppnåelige forhold enn de som kreves for hydrogen. Denne prosessen kan være nær 99 % effektiv.”

Eksisterende infrastruktur

Ammoniakk er ikke en sjelden produsert kjemikalie; den er en nøkkelkomponent i produksjon av gjødsel, men også plast og sprengstoff. Dette betyr at det allerede finnes en etablert industri og forsyningskjede for masseproduksjon av ammoniakk, selv om den for tiden er noe avhengig av fossile brensler. Det gjør også prosessen godt forstått og effektiv. Totalt sett er ammoniakk den nest mest produserte kjemikalien i verden.

Ideelt sett ville en ammoniakkøkonomi basere seg på såkalt grønn ammoniakk, generert fra fornybar energi. Dette skiller den fra andre typer ammoniakk:

  • Grå/brun ammoniakk: produsert fra fossile brensler.
  • Blå ammoniakk: produsert fra fossile brensler, men med karbonfangst.
  • Rosa ammoniakk (noen ganger også kalt gul ammoniakk): produsert fra kjernekraft.
  • Turkis ammoniakk: produsert fra pyrolyse av metan. Dette bryter ned metan til hydrogen og fast karbon, hvor hydrogenen senere konverteres til ammoniakk. Det faste karbonet kan lagres eller brukes i applikasjoner som karbonfiber.

Og selv om den er langt mindre omfattende enn fossile brenslenettverk, finnes det ikke mindre enn 5 000 km (3 100 miles) med ammoniakkrørledninger i USA (og 490 000 km med høytrykks naturgassrørledninger). Siden ammoniakk er ikke‑korroderende og ikke skader stålrør som hydrogen (“sprøhet”), kan nye rørledninger være relativt rimelige.

Dette ville likevel kreve massive investeringer i både produksjonskapasitet og rørledninger. For å erstatte bare halvparten av det globale naturgassforbruket ville kreve en 20‑fold økning av den globale ammoniakkproduksjonen.

Avhengig av den eksakte løsningen som tas i bruk, kan ammoniakk fungere som et energilagrings- og overføringssystem med en effektivitet (returnert energi) på mellom 84 % og 38 %.

Begrensningene ved ammoniakk

Problemet med å bruke ammoniakk direkte for energi er at forbrenning sjelden er en perfekt effektiv prosess. Når ammoniakk brennes ufullstendig, produserer den NOx-gasser, som er giftige, samt klimagasser (300 ganger mer potente enn CO2).

Flere løsninger har blitt foreslått, inkludert:

  • Brenning av grønn ammoniakk i en drivstoffblanding, i kombinasjon med fossilt drivstoff.
  • Brenning av grønn ammoniakk i en drivstoffblanding, i kombinasjon med hydrogen.
  • Omforming av flytende ammoniakk til komprimert hydrogen direkte på lagringsstedet, og på etterspørsel, som ved en bensinstasjon. En prosess kalt «cracking».
  • Bruk av dedikerte brenselceller, som for hydrogen, for å direkte generere elektrisitet og drive en elektrisk motor.
  • Bruk av katalysator for å ødelegge NOx før de slippes ut. Dette kan medføre noen problemer da disse katalysatorene ofte er ekstremt dyre metaller som palladium, platina og rhodium, som allerede brukes for å redusere NOx-utslipp i fossildrevne kjøretøy. En ren ammoniakkbasert forbrenning ville kreve mye mer av dette.

Siden NOx er kraftige klimagasser, er det avgjørende å sikre at de ikke erstatter CO2 for å rettferdiggjøre overgangen til en ammoniakkøkonomi.

Ammoniakk som hydrogenbærer

Som nevnt ovenfor kan ammoniakk (NH3) «crackes» tilbake til nitrogen (N2) og hydrogen (H2). Dette betyr at selv om problemet med NOx-utslipp viser seg uløselig, finnes det fortsatt potensial for en ammoniakkøkonomi.

I denne sammenhengen brukes ammoniakk direkte for lagring, transport, samt noen nisjeapplikasjoner. Den omdannes til hydrogen i gassform (selv om komprimert) for å drive kjøretøy gjennom direkte forbrenning eller brenselceller.

Dette gjør at den avkarboniserte økonomien kan nyte noen viktige fordeler ved ammoniakkens fysiske og kjemiske egenskaper:

  • Lavere energitap under produksjon av flytende drivstoff, samtidig som grønn energi brukes.
  • Billig fornybar energi i perioder med overproduksjon (sterkt sol- og vindforhold) kan brukes til å redusere de samlede drivstoffproduksjonskostnadene.
  • Muligheten for lagring over flere måneder, som gir motstandskraft i energisystemet, er i stor grad nødvendig for mobilitet. For eksempel vil en orkan som slår ut strømnettet ikke stoppe forsyningskjeden, ambulanser og biler fra å kjøre, slik det kan for et fullt elbil‑sentralisert system.
    • Den fler‑måneders lagringen gjør også at overskuddsproduksjon i solrike eller vindfulle måneder kan omdannes til drivstoffforsyning for måneder med lavere fornybar energiproduksjon.

Så det er mulig at omtalen av en ammoniakkøkonomi eller en hydrogenøkonomi kan være litt misvisende.

Et mer sannsynlig scenario er en blandet ammoniakk‑hydrogenøkonomi, der hver teknologi utnyttes for å yte best på sine sterke sider:

  • Ammoniakk for transport, langtidslagring, og «absorbering» av overskuddsenergi fra solrike eller vindfulle dager.
  • Hydrogen for direkte forbruk, korttidslagring, og applikasjoner som krever rask og høy energiytelse, som stålproduksjon eller jetmotorer.

Dette er et scenario hvor kjernekraftverk også kan spille en rolle i avkarbonisering, selv uten massiv adopsjon av elbiler, takket være «rosa ammoniakk» som gir en lavkarbon kilde til flytende drivstoff.

Veien til en ammoniakkøkonomi

Veikartet for ammoniakkadopsjon er litt vanskeligere å fastslå. Noen forskningsestimater antyder at en ammoniakkdrevet økonomi, med masseproduksjon av grønn ammoniakk (2.nd generasjon), er usannsynlig før 2030.

I dette scenarioet vil mer effektiv ammoniakkproduksjon basert på direkte elektroreduksjon (3.rd generasjon) kun ta over mot slutten av 2030‑årene, på grunn av at teknologien i dag er i sine tidlige stadier, spesielt effektive elektrokatalysatorer.

Totalt sett er det store forventninger til vekst i grønn ammoniakk, med noen estimater som vurderer at det nåværende $300 M-markedet kan bli til et gigantisk $17,9 B-marked, eller en imponerende 72,9 % CAGR innen 2030.

Topp 5 grønne ammoniakk-aksjer

Denne listen fokuserer på selskaper innen grønn ammoniakk eller grønn hydrogen. Men nåværende ledere innen ammoniakkproduksjon, som for eksempel CF Industries Holdings, Inc. (CF) eller Yara International ASA (YAR.OL), vil sannsynligvis gå over til grønn ammoniakk med tiden og kan også være et alternativ.

1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)

Aker Horizon er et datterselskap av Aker-gruppen med fokus på grønn energi. Gruppen er et viktig norsk konglomerat, med fokus på fornybare energikilder og marine/offshore virksomheter.

Kilde: Aker

Aker Horizon er holdingselskapet for flere datterselskaper, inkludert karbonfangst, grønn hydrogen og fornybar energi.

Kilde: Aker

Selskapet er spesielt svært aktivt innen hydrogen- og grønn ammoniakkproduksjon, med mål om å avkarbonisere arktisk shipping.

Kilde: Aker

Så Aker er ikke kun et grønt ammoniakk-selskap, men kan håndtere hele den vertikale integrasjonen av grønn ammoniakk, fra havvindmøller til hydrogenproduksjon til grønn ammoniakkproduksjon. De jobber også med prosjekter som avfall‑til‑energi i Frankrike, et biomasseanlegg i Tyskland, og karbonfangst i Midtøsten (Saudi-Arabia og UAE).

Dette gjør det til en god aksje for investorer som søker eksponering mot den brede grønne energisektoren, med en sterk posisjon innen grønn ammoniakk, men også andre grønne energier, samt noe geografisk diversifisering.

2. Plug Power Inc. (PLUG)

Plug Power er en leder innen grønn hydrogen, med fokus på brenselceller. Merkverdig er at deres brenselceller driver over 40 000 gaffeltrucker, med inntekter som har økt åtte ganger siden 2013. De er også aktive i bygging av hydrogeninfrastruktur som hydrogenproduksjon, logistikk, kraftproduksjon i stor skala og leveranser.

Kilde: Plug Power

Selskapet har som mål å oppskalere for å redusere produksjonskostnadene fra $10/kg til $4/kg, samtidig som produksjonen skal økes 14‑fold innen 2027.

Kilde: Plug Power

På grunn av massive investeringer for å øke produksjonskapasiteten 19‑fold siden 2020, er selskapet ennå ikke lønnsomt. Dette førte til nesten en dobling av inntektene fra starten til slutten av 2023. Mesteparten av nåværende og forventet virksomhet forventes å komme fra Nord-Amerika.

Selskapet ser sin løsning som enten et direkte mobilitetsdrivstoff, eller et supplement til elbiler, da hydrogen gjør det mulig å redusere belastningen på strømnettet fra elbilers topp‑ladning som ikke samsvarer med produksjonstidene for fornybar energi i løpet av dagen.

Kilde: Plug Power

Som en stor produsent av brenselceller vil Plug Power ha stor nytte av en overgang til en hydrogen‑/ammoniakk‑basert økonomi. Selv om de ikke er direkte aktive i ammoniakkproduksjon, fokuserer selskapet hovedsakelig på grønn hydrogenproduksjon (nødvendig for grønn ammoniakkproduksjon) og brenselceller, begge komponenter som fortsatt vil være i høy etterspørsel dersom hydrogen alene ikke fungerer.

Dermed gjør dette Plug Power til en god aksje for å satse på en generell overgang til hydrogen, med eller uten ammoniakk. Hvis begrensningene for hydrogen knyttet til logistikk og lagring viser seg å være uoverstigelige, vil de fortsatt tjene på en hydrogen‑+‑ammoniakk‑økonomi.

3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)

Ballard er en annen produsent av brenselceller, og en pioner innen teknologien med sin første brenselcellebuss i 1993.

Selskapet fokuserer på tunge markeder: busser, lastebiler, tog/trikker, skip, gruvedrift/konstruksjon og kraft. Mens busser har vært kjernen i virksomheten, forventer selskapet at lastebiler vil bli et viktig forretningssegment innen 2025. De forventer også at Europa vil forbli hovedmarkedet (50‑60 %), etterfulgt av Nord‑America (25 %).

Brenselceller for lastebiltransport forventes å fortsette å vokse og representere et marked på $7,5 milliarder i 2030 (fra et totalmarked på $195 milliarder), nesten like stort som alle andre hydrogen‑/brenselcelle‑applikasjoner samlet.

Kilde: Ballard

På grunn av det høyere kraftbehovet og behovet for rask lading, har tunge kjøretøy vært et godt valg for hydrogen og brenselceller fremfor lettere kjøretøy som biler. Det reduserer også behovet for kontaktledninger på jernbane, og rask omlading for langdistansetransport.

Kilde: Ballard

Selskapet er heller ikke ukjent med ammoniakk, med for eksempel en nylig kontrakt med Amogy for å levere brenselceller til deres «ammoniakk‑til‑kraft‑plattform som baserer seg på unik ammoniakk‑cracking‑teknologi».

Mens elbiler har en rimelig sjanse til raskt å ta over bilmarkedet, er tyngre kjøretøy vanskeligere å avkarbonisere. Med sin etablerte ledelse i sektoren vil Ballard være en primær nyttehaver av en politisk satsing mot en hydrogenøkonomi.

4. FuelPositive Corporation (NHHHF)

FuelPositive har utviklet et modulært/kontainerbasert system for grønn ammoniakkproduksjon. Deres første målgruppe er landbrukssektoren, som gjør det mulig med ammoniakkproduksjon på stedet med lokalt produsert energi. Systemet kan generere opptil 300 kg/dag, 100 tonn per år med ammoniakk for CA$950 000.

Dette gjør det til et system som passer for gårder opptil 1 800 mål. Med kun 1,5 mål med solcellepaneler er nok til å drive ammoniakkproduksjonen.

FuelPositive hevder at systemet deres kan produsere ammoniakk for CA$560/tonn, noe som er i tråd med historisk pris, og viktigere, vil beskytte bønder mot den ekstreme prisvolatiliteten de har opplevd de siste årene, da ammoniakk steg til $1350/tonn på et tidspunkt.

Oppstartsselskapet er i en tidlig fase, med fullskala produksjon planlagt til 2025, og 30 bestillinger bekreftet så langt, med den første leveransen planlagt til mars 2024.

Hovedstyrken til FuelPositive er modulariteten i teknologien, som tillater en mer distribuert tilnærming og standardisert masseproduksjon av deres ammoniakkgenerasjonsmodul.

Selskapet bygger et partnerskap med Cipher Neutron, som kan produsere hydrogen uten noen metaller fra platina‑gruppen.

Selv om hovedfokuset er gjødselproduksjon, kan ammoniakken brukes til å drive landbruksmotorer med energi produsert på stedet, avhengig av hvor raskt ammoniakk-/hydrogendrevne landbrukverktøy tas i bruk.

Den desentraliserte og modulære naturen til FuelPositive-systemene kan også gjøre dem til et nøkkel‑element i en fremtidig ammoniakkøkonomi. Gjødselmarkedet kan gi et mellomrom for selskapet å vokse til bruken av hydrogen og ammoniakk blir mer utbredt.

5. AmmPower Corp. (AMMPF)

AmmPower er lik FuelPositive ved at de leverer modulære ammoniakkgenereringssystemer, men i større skala, med sin basismodul som kan produsere 4 tonn/dag. Dette plasserer selskapet mer innenfor svært store gårder (10 000+ mål) eller industrielle virksomheter som tekstil, kjøling, gruvedrift, farmasøytisk industri eller halvledere.

Kilde: AmmPower

Selskapet er i ferd med å bygge opp sin ordreportefølje, med kortsiktig bestillingspotensial estimert til $30 M, og salgsperspektiver for 690 enheter fra 52 land.

Selskapet anslår at elektrisitetskostnaden er rundt $360/tonn ammoniakk.

Modulariteten i systemet gjør det mulig med rask oppstart og leveranser, med mindre enn ett år sammenlignet med 3‑4 år for lignende prosjekter uten den modulære tilnærmingen.

Det jobber også med teknologi for å omdanne avfall til ammoniakk, i et joint venture med CTEC Energy Sales USA.

For å fremme fremdriften av ammoniakk mot en hydrogen‑ammoniakk‑økonomi, oppretter den et eget datterselskap dedikert til å «cracke» ammoniakk til hydrogen, som vil søke ekstra finansiering separat.

Ved å oppnå den skalaen som kan passe de fleste industrielle bruksområder, samt svært store gårder, satser AmmPower på kunder og selskaper med dypere kapitaltilgang enn de fleste. Kombinert med ammoniakk‑cracking‑teknologi kan dette gjøre det mulig å raskt skalere opp i takt med politiske tiltak som fremmer utviklingen av hydrogen som energibærer.

mm

Jonathan er en tidligere biochemistforsker som arbeidet med genetisk analyse og kliniske forsøk. Han er nå en aksjeanalytiker og finansforfatter med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon The Eurasian Century.