Энергия
Другое водородное топливо – 5 крупнейших компаний по производству экологически чистого аммиака
В поисках замены жидкого топлива
По мере развития возобновляемых источников энергии некоторые ограничения становятся все более очевидными. Непостоянство возобновляемых источников энергии требует наличия накопителей энергии. Это могут быть батарейки, как мы выяснили в нашей статье «Будущее хранения энергии – технология аккумуляторов коммунального масштаба».
Однако некоторые формы потребления энергии очень устойчивы к электрификации. Например, морские перевозки на дальние расстояния или авиаперевозки.
Даже грузовые перевозки до сих пор не удалось переоборудовать в электромобили из-за большого веса необходимых аккумуляторов; а также ограничения в мощности производства аккумуляторов, что на много лет задержало выпуск Tesla Semi.
Во многом эти ограничения проистекают из того факта, что бензин/дизель/керосин чрезвычайно энергоемки, намного больше, чем лучшие аккумуляторы.
Поэтому идея жидкого топлива, которое могло бы стать альтернативой нефтепродуктам, весьма привлекательна. Одна из идей — биотопливо, которое, по сути, производит тот же продукт, что и ископаемое топливо, но из возобновляемых источников. Это еще одна идея, которую мы рассмотрели в нашей статье «Водорослевое биотопливо: следующая энергетическая революция?».
Другая идея — использовать для хранения энергии самый распространенный атом во Вселенной — водород. Однако газообразный водород имеет некоторые ограничения: от трудностей его экономичного производства до энергетических затрат на его сжижение, транспортировку и хранение.
Атомы водорода не обязательно должны находиться в форме газа H2, чтобы хранить энергию. Еще один чрезвычайно распространенный элемент — азот, составляющий 4/5th нашей атмосферы, может помочь.
Аммиак как энергоноситель
Простая химия
Аммиак, или NH3, представляет собой удобрение, его можно сжечь или окислить с образованием азота и воды.
NH3 +O2 → N2 + H2O
Таким образом, это чем-то похоже на сжигание водорода, поскольку при нем образуются только безвредные побочные продукты, по крайней мере, в идеальных условиях (подробнее об этом позже).
Разница с водородом в том, что молекула аммиака намного крупнее H2, а также гораздо более стабильна. Это значительно упрощает его транспортировку и хранение. Аммиак также почти на 50% более энергоемкий, чем жидкий водород.
Источник: Центр энергетической политики Кляйнмана
Сжижение водорода тратит 44.7% содержащейся в нем энергии, так как требует охлаждения при -253 ° C (-423°F). Сохранение жидкости приводит к большим потерям, увеличивающимся с продолжительностью хранения, потенциально до 79% потерь при сезонном хранении.
«Аммиак, с другой стороны, можно сжижать, либо охладив его ниже -33°C (при атмосферном давлении), либо надавив на него под давлением выше 7.5 бар (при 20°C) — это значительно более достижимые условия, чем те, которые необходимы для водорода. Эффективность этого процесса может быть близка к 99%».
Источник: Центр энергетической политики Кляйнмана
Существующая инфраструктура
Аммиак – не редкое химическое вещество, являющееся ключевым компонентом в производстве удобрений, а также пластмасс и взрывчатых веществ. Это означает, что уже существует промышленность и цепочка поставок для массового производства аммиака, хотя на данный момент он в некоторой степени зависит от ископаемого топлива. Это также делает этот процесс хорошо понятным и эффективным. В целом аммиак является вторым по объему производства химическим веществом в мире.
В идеале аммиачная экономика должна опираться на так называемый «зеленый аммиак», вырабатываемый из возобновляемых источников энергии. Это отличало его от другие виды аммиака:
- Серый/коричневый аммиак: производится из ископаемого топлива.
- Синий аммиак: производится из ископаемого топлива, но с улавливанием углерода.
- Розовый аммиак (иногда его еще называют желтым аммиаком): производится с помощью ядерной энергии.
- Бирюзовый аммиак: получается в результате пиролиза метана. При этом метан расщепляется на водород и твердый углерод, а водород позже превращается в аммиак. Твердый углерод можно хранить или использовать для производства углеродных волокон.
И хотя это намного менее обширно, чем сеть добычи ископаемого топлива, в США имеется не менее 5,000 км (3,100 миль) трубопроводов для аммиака (и 490,000 XNUMX км трубопроводов для природного газа высокого давления). Поскольку аммиак не вызывает коррозии и не повреждает стальные трубы, например, водород («охрупчивание»), новые трубопроводы могут быть относительно недорогими.
Тем не менее, это потребует огромных инвестиций как в производственные мощности, так и в трубопроводы. Чтобы заменить хотя бы половину мирового потребления природного газа, потребуется умножить на 20 мировое производство аммиака.
В зависимости от конкретного принятого решения аммиак может работать как система хранения и передачи энергии с эффективностью (возвращаемой энергии) в пределах 84–38%.
Источник: Центр энергетической политики Кляйнмана
Ограничения аммиака
Проблема с использованием аммиака непосредственно для производства энергии заключается в том, что сжигание редко бывает абсолютно эффективным процессом. При беспристрастном сжигании аммиака образуются токсичные газы NOx, а также парниковые газы (в 300 раз более сильные, чем CO2).
Было предложено несколько решений, в том числе:
- Сжигание зеленого аммиака в топливной смеси в сочетании с ископаемым топливом.
- Сжигание зеленого аммиака в топливной смеси в сочетании с водородом.
- Преобразование жидкого аммиака в сжатый водород непосредственно на складе и по требованию, как на заправочной станции. Процесс под названием «крекинг».
- Использование специальных топливных элементов, например, водородных, для прямой выработки электроэнергии и питания электродвигателя.
- Использование катализатора для уничтожения NOx до их выброса. Это может вызвать некоторые проблемы, так как эти катализаторы часто представляют собой чрезвычайно дорогие металлы, такие как палладий, платина и родий., которые уже используются для сокращения выбросов NOx в транспортных средствах, работающих на ископаемом топливе. Для сжигания исключительно аммиака потребуется гораздо больше его.
Поскольку NOx являются мощными парниковыми газами, необходимо убедиться, что мы не увидим, что они заменят CO2, чтобы оправдать переход к экономике на аммиаке.
Аммиак как носитель водорода
Как упоминалось выше, аммиак (NH3) можно «расщепить» обратно на азот (N2) и водород (H2). Это означает, что даже если проблема выбросов NOx окажется неразрешимой, потенциал для экономики аммиака все еще существует.
В этом контексте аммиак используется непосредственно для хранения, транспортировки, а также в некоторых нишевых приложениях. И превратиться в водород в газообразной форме (даже в сжатом виде) для питания транспортных средств посредством прямого сгорания или топливных элементов.
Это позволяет декарбонизированной экономике воспользоваться несколькими ключевыми преимуществами физических и химических характеристик аммиака:
- Снижение потерь энергии при производстве жидкого топлива, при этом используя для этого экологически чистую энергию.
- Недорогая возобновляемая энергия в периоды перепроизводства (сильное солнце и ветер) может использоваться для снижения общих затрат на производство топлива.
- Возможность хранения в течение нескольких месяцев, обеспечивающая устойчивость энергетической системы, является своего рода обязательным условием мобильности. Например, ураган, вырвавший из энергосистемы, не остановит работу цепочки поставок, машин скорой помощи и автомобилей, как это могло бы произойти в системе, полностью ориентированной на электромобили.
- Многомесячное хранилище также позволяет превратить избыточную продукцию в солнечные или ветреные месяцы в запасы топлива на месяцы с меньшим производством возобновляемой энергии.
Поэтому вполне возможно, что разговоры об экономике аммиака или водородной экономике могут ввести в заблуждение.
Более вероятный сценарий смешанная аммиачно-водородная экономика, при этом каждая технология используется для достижения наилучших результатов по своим сильным сторонам:
- Аммиак для транспортировки, длительного хранения и «всасывания» излишков энергии солнечных или ветреных дней.
- Водород для непосредственного потребления, краткосрочного хранения и применений, требующих быстрой и высокой выработки энергии, таких как производство стали или реактивные двигатели.
Это сценарий, в котором атомные электростанции также могут сыграть роль в декарбонизации, даже без массового внедрения электромобилей, благодаря «розовому аммиаку», обеспечивающему низкоуглеродный источник жидкого топлива.
Путь к экономике аммиака
Дорожную карту внедрения аммиака определить немного сложнее. По оценкам некоторых исследований, экономика, основанная на аммиаке, с использованием массового производства зеленого аммиака (2nd поколение), вряд ли раньше 2030 года.
В этом сценарии более эффективное производство аммиака будет зависеть от прямое электровосстановление (3rd поколение) вступит во владение только в конце 2030-х годов, поскольку технология сегодня находится на ранней стадии, особенно эффективные электрокатализаторы.
Источник: Прямая наука
В целом, существуют огромные надежды на рост «зеленого» аммиака, при этом, по некоторым оценкам, Текущий рынок в 300 миллионов долларов может превратиться в гигантский рынок в 17.9 миллиардов долларов, или ошеломляющий среднегодовой темп роста в 72.9% к 2030 году..
Топ-5 компаний по производству зеленого аммиака
В этом списке основное внимание уделяется компаниям, производящим экологически чистый аммиак или экологически чистый водород. Но нынешние лидеры в производстве аммиака, как например CF Industries Holdings, Inc. (CF) или Yara International ASA (ЯР.ОЛ), вероятно, в свое время перейдут на зеленый аммиак и также могут быть вариантом.
1. Акер Горизонтс АСА (АХ.ОЛ)
Aker Horizon — дочерняя компания группы Aker, специализирующаяся на зеленой энергетике. Группа представляет собой важный норвежский конгломерат, специализирующийся на возобновляемых источниках энергии и морском/оффшорном бизнесе.
Источник: Aker
Aker Horizon является холдинговой компанией нескольких дочерних компаний, включая улавливание углерода, экологически чистый водород и возобновляемые источники энергии.
Источник: Aker
Компания особенно активно занимается производством водорода и экологически чистого аммиака с целью декарбонизации арктического судоходства.
Источник: Aker
Таким образом, Aker не является чисто экологически чистой компанией по производству аммиака, но может справиться со всей вертикальной интеграцией экологически чистого аммиака, от морских ветряных мельниц до производства водорода и производства экологически чистого аммиака. Компания также работает над такими проектами, как переработка отходов в энергию во Франции, завод по производству биомассы в Германии и улавливание углерода на Ближнем Востоке (Саудовская Аравия и ОАЭ).
Это делает его хорошими акциями для инвесторов, желающих получить доступ к сектору зеленой энергетики в целом, с сильными позициями в отношении зеленого аммиака, а также других зеленых видов энергии, а также некоторой географической диверсификации.
2. Компания Plug Power Inc. (ПРОБКА)
Компания Plug Power является лидером в области производства экологически чистого водорода, уделяя особое внимание топливным элементам. Примечательно, что на топливных элементах компании работают более 40,000 8 вилочных погрузчиков, а с 2013 года выручка выросла в XNUMX раз. Компания также активно занимается созданием водородной инфраструктуры, такой как производство водорода, логистика, производство электроэнергии в коммунальных масштабах и поставки.
Источник: Подключите питание
Компания стремится к масштабированию, чтобы снизить производственные затраты с $10/кг до $4/кг, одновременно увеличивая производство в 14 раз в 2027 году.
Источник: Подключите питание
Из-за масштабных инвестиций в увеличение производственных мощностей в 19 раз с 2020 года компания пока нерентабельна. Это привело к почти удвоению выручки с начала до конца 2023 года. Ожидается, что большая часть текущего и прогнозируемого бизнеса будет приходиться на Северную Америку.
Компания рассматривает свое решение либо как топливо для прямой мобильности, либо как дополнение к электромобилям, поскольку водород позволяет снизить нагрузку на сеть из-за пиковой зарядки электромобилей, не соответствующей времени производства возобновляемых источников энергии в день.
Источник: Подключите питание
Как крупный производитель топливных элементов, компания Plug Power получит значительную выгоду от перехода к экономике, основанной на водороде и аммиаке. Хотя компания не занимается непосредственно производством аммиака, она в основном сосредоточена на производстве экологически чистого водорода (необходимого для производства экологически чистого аммиака) и топливных элементов — обоих компонентов, которые по-прежнему будут пользоваться большим спросом, если только водород не будет работать.
Таким образом, акции Plug Power являются хорошим выбором для того, чтобы сделать ставку на переход к водороду в целом, с аммиаком или без него. Если ограничение водорода в отношении логистики и хранения окажется непреодолимым, оно все равно получит выгоду от водородно-аммиачной экономики.
3. Баллард Пауэр Системс Инк. (БЛДП)
Ballard — еще один производитель топливных элементов и пионер этой технологии, выпустивший в 1993 году свой первый автобус на топливных элементах.
Компания ориентирована на рынки тяжелой техники: автобусы, грузовики, поезда/трамваи, корабли, горнодобывающая промышленность/строительство и энергетика. Хотя автобусы были основой бизнеса, компания ожидает, что к 2025 году грузовики станут основным сегментом бизнеса. Он также ожидает, что Европа останется его основным рынком (50-60%), за ней последует Северная Америка (25%).
Ожидается, что топливные элементы для грузовых автомобилей будут продолжать расти и в 7.5 году составят рынок стоимостью 2030 млрд долларов США (по сравнению с рынком TAM стоимостью 195 млрд долларов США), что почти столько же, сколько все другие приложения водородных/топливных элементов вместе взятые.
Источник: Баллард
Из-за того, что требуется более высокая мощность и необходимость быстрой зарядки, большегрузные автомобили стали хорошим выбором для водородных и топливных элементов, а не для более легких транспортных средств, таких как автомобили. Это также снижает потребность в контактной сети для железнодорожных перевозок и обеспечивает быструю подзарядку при перевозках на большие расстояния.
Источник: Баллард
Компания также не новичок в аммиаке, например, недавний контракт Амогия обеспечить компанию топливными элементами для своей «платформы по производству энергии из аммиака, основанной на уникальной технологии крекинга аммиака».
В то время как у электромобилей есть все шансы быстро завоевать автомобильные рынки, более тяжелые транспортные средства труднее декарбонизировать. Обладая признанным лидерством в этом секторе, Баллард станет главным бенефициаром политики, направленной на переход к водородной экономике.
4. Корпорация FuelPositive (НХХХФ)
Компания FuelPositive создала модульную/контейнерную систему производства экологически чистого аммиака. Его первой целью является сельскохозяйственный сектор, позволяющий производить аммиак на месте с использованием местной энергии. Система может производить до 300 кг/день, 100 тонн аммиака в год за 950,000 XNUMX канадских долларов.
Источник: Топливо положительное
Это делает эту систему подходящей для ферм площадью до 1,800 акров. Всего 1.5 акра земли, покрытой солнечными батареями, достаточно для производства аммиака.
Источник: Топливо положительное
FuelPositive утверждает, что ее система может производить аммиак по цене 560 канадских долларов за тонну., что соответствует исторической цене и, что более важно, защитит фермеров от крайней волатильности цен, с которой они столкнулись в последние несколько лет, когда аммиак в какой-то момент подскочил до 1350 долларов за тонну.
Источник: БизнесАналитикIQ
Запуск находится на ранней стадии, полномасштабное производство запланировано на 2025 год, на данный момент подтверждено 30 заказов, а первая поставка запланирована на март 2024 года.
Основным преимуществом FuelPositive является модульность технологии, позволяющая использовать более распределенный подход и стандартизировать массовое производство модуля производства аммиака.
Компания строит партнерство Шифр Нейтрон, который может производить водород без какого-либо металла платиновой группы.
Хотя основное внимание уделяется производству удобрений, аммиак можно использовать для питания сельскохозяйственных двигателей за счет энергии, вырабатываемой на месте, в зависимости от скорости внедрения сельскохозяйственных инструментов, работающих на аммиаке/водороде.
Децентрализованный и модульный характер систем FuelPositive также может сделать их ключевым элементом будущей экономики аммиака. Рынок удобрений может обеспечить компании возможность роста до тех пор, пока использование водорода и аммиака не станет более распространенным.
5. Корпорация AmmPower (АММПФ)
AmmPower аналогична FuelPositive тем, что предлагает модульные системы производства аммиака, но в большем масштабе, а ее базовый модуль способен производить 4 тонны в день. Это позволило компании больше работать с очень крупными фермами (более 10,000 XNUMX акров) или промышленными предприятиями, такими как текстильная, холодильная, горнодобывающая, фармацевтическая или полупроводниковая промышленность.
Источник: АммПауэр
Компания находится в процессе формирования портфеля заказов, краткосрочный потенциал заказов оценивается в 30 миллионов долларов, а перспективы продажи 690 единиц в 52 странах.
По оценкам компании, стоимость электроэнергии составит около 360 долларов США за тонну аммиака.
Модульность системы позволяет ускорить выполнение работ и поставки менее чем за год по сравнению с 3-4 годами аналогичных проектов без модульного подхода.
Он также работает над технологией, позволяющей перерабатывать отходы в аммиак на совместном предприятии с CTEC Energy Sales USA.
Для дальнейшего продвижения аммиака в водородно-аммиачную экономику, создает специализированную дочернюю компанию, занимающуюся крекингом аммиака в водород, которая будет отдельно искать дополнительное финансирование.
Поражая масштабы, которые могут подойти большинству промышленных предприятий, а также очень крупным фермам, AmmPower нацелена на клиентов и компании с более глубоким доступом к капиталу, чем у большинства. В сочетании с технологией крекинга аммиака это может позволить быстро расширить масштабы производства, следуя политике, направленной на развитие водорода в качестве энергоносителя.
