Energi
Det andra vätebränslet – Topp 5 gröna ammoniakaktier
Jakten på att ersätta flytande bränslen
När förnybar energi utvecklas blir vissa begränsningar tydligare. Förnybara energikällors intermittens kräver energilagring. Detta kan vara i form av batterier, som vi utforskade i vår artikel “Framtiden för energilagring – Storskaliga batterier teknik”.
Dock är vissa former av energiförbrukning mycket motståndskraftiga mot elektrifiering. Till exempel långdistans sjöfart eller luftfrakt.
Även lastbilssektorn har hittills misslyckats med att konverteras till elfordon, på grund av den vikt som batterierna kräver; samt begränsningar i batteriproduktionskapaciteten, vilket har försenat Tesla Semi i många år.
I stor utsträckning beror dessa begränsningar på att bensin/diesel/jetbränsle är extremt energitäta, mycket mer än de bästa batterierna.
Så idén om ett flytande bränsle som skulle vara ett alternativ till petroleumprodukter är mycket attraktiv. En idé är biobränslen, som i princip producerar samma produkt som fossila bränslen, men från förnybara källor. Det är en annan idé vi utforskade i vår artikel “Algalbiobränsle: Den nästa energirevolutionen?”.
En annan idé är att använda den mest abundanta atomen i universum, väte, för att lagra energi. Dock har gasformigt väte vissa begränsningar, från svårigheterna att producera det ekonomiskt till energikostnaderna för att förflytande, transportera och lagra det.
Väteatomer behöver inte vara i form av H2-gas för att lagra energi. Ett annat extremt rikligt element, kväve, som utgör 4/5th av vår atmosfär, kan hjälpa.
Ammoniak som energibärare
Enkel kemi
Ammoniak, eller NH3, är ett gödningsmedel och kan förbrännas eller oxideras för att producera kväve och vatten.
NH3 +O2 → N2 + H2O
Så det är på ett sätt likt väteförbränning, eftersom det bara producerar ofarliga biprodukter, åtminstone under idealiska förhållanden (mer om detta senare).
Skillnaden mot väte är att ammoniak är en mycket större molekyl än H2, och dessutom mycket mer stabil. Detta gör dess transport och lagring mycket enklare. Ammoniak är också nästan 50 % mer energität än flytande väte.
Väteförflytning slösar 44,7 % av den energi den innehåller, eftersom den kräver kylning vid -253 °C (-423 °F). Att hålla den i flytande form leder till ytterligare förluster, som ökar med lagringstiden, potentiellt upp till 79 % förluster för säsongslagring.
“Ammoniak, å andra sidan, kan förflytas genom att antingen kyla den under -33 °C (vid atmosfärstryck) eller trycka den över 7,5 bar (vid 20 °C) — betydligt mer uppnåeliga förhållanden än de som krävs för väte. Denna process kan vara nära 99 % effektiv”.
Befintlig infrastruktur
Ammoniak är inte en sällsynt producerad kemikalie, utan en nyckelkomponent i produktionen av gödningsmedel, men även plast och sprängämnen. Detta innebär att det redan finns en befintlig industri och leveranskedja för massproduktion av ammoniak, även om den för närvarande är något beroende av fossila bränslen. Det gör också processen väl förstådd och effektiv. Sammantaget är ammoniak den näst mest producerade kemikalien i världen.
Idealiskt skulle en ammoniakekonomi förlita sig på så kallad grön ammoniak, genererad från förnybar energi. Detta skiljer den från andra typer av ammoniak:
- Grå/brun ammoniak: producerad från fossila bränslen.
- Blå ammoniak: producerad från fossila bränslen, men med koldioxidavskiljning.
- Rosa ammoniak (ibland även kallad gul ammoniak): producerad från kärnkraft.
- Turkos ammoniak: producerad genom pyrolys av metan. Detta bryter ner metan till väte och fast kol, där vätet senare omvandlas till ammoniak. Det fasta kolet kan lagras eller användas för tillämpningar som kolfibrer.
Och även om den är mycket mindre omfattande än fossila bränslenätet, finns det inte mindre än 5 000 km (3 100 miles) av ammoniakledningar i USA (och 490 000 km högtrycks gasledningar). Eftersom ammoniak är icke‑korroderande och inte skadar stålrör som väte (“sprödhet”), kan nya ledningar vara relativt billiga.
Detta skulle ändå kräva enorma investeringar i både produktionskapacitet och ledningar. För att ersätta bara hälften av den globala naturgaskonsumtionen skulle kräva en 20‑faldig ökning av den globala ammoniakproduktionen.
Beroende på den exakta lösning som antas kan ammoniak fungera som ett energilagrings- och överföringssystem med en verkningsgrad (återlämnad energi) som varierar mellan 84 %–38 %.
Begränsningarna med ammoniak
Problemet med att använda ammoniak direkt för energi är att förbränning sällan är en perfekt effektiv process. När ammoniak förbränns ofullständigt produceras NOx-gaser, som är giftiga, samt växthusgaser (300 × mer potenta än CO2).
Flera lösningar har föreslagits, inklusive:
- Förbränning av grön ammoniak i en bränsleblandning, i kombination med fossilt bränsle.
- Förbränning av grön ammoniak i en bränsleblandning, i kombination med väte.
- Omvandla flytande ammoniak till komprimerat väte direkt på lagringsplatsen, på begäran, som vid en bränslestation. En process kallad “cracking”.
- Använda dedikerade bränsleceller, som för väte, för att direkt generera elektricitet och driva en elmotor.
- Använda katalysator för att förstöra NOx innan de släpps ut. Detta kan skapa problem eftersom dessa katalysatorer ofta är extremt dyra metaller som palladium, platina och rodium, som redan används för att minska NOx-utsläpp i fordon som drivs av fossila bränslen. En ren ammoniakbaserad förbränning skulle kräva mycket mer av dem.
Eftersom NOx är kraftfulla växthusgaser är det nödvändigt att säkerställa att de inte ersätter CO2 för att motivera övergången till en ammoniakekonomi.
Ammoniak som vätebärare
Som nämnts ovan kan ammoniak (NH3) ”crackas” tillbaka till kväve (N2) och väte (H2). Detta innebär att även om problemet med NOx-utsläpp visar sig vara olösligt, finns det fortfarande potential för en ammoniakekonomi.
I detta sammanhang används ammoniak direkt för lagring, transport samt vissa nischade tillämpningar. Och omvandlas till väte i gasform (även om komprimerat) för att driva fordon via direkt förbränning eller bränsleceller.
Detta möjliggör för den avkarboniserade ekonomin att dra nytta av några nyckelfördelar med ammoniaks fysiska och kemiska egenskaper:
- Lägre energiförluster under produktionen av flytande bränsle, samtidigt som grön energi används.
- Lågt kostnad för förnybar energi under perioder med överproduktion (starkt sol- och vind) kan användas för att minska de totala bränsleproduktionskostnaderna.
- Möjligheten till fler-månaders lagring, vilket möjliggör motståndskraft i energisystemet, är i stort sett ett måste för mobilitet. Till exempel skulle en orkan som slår ut elnätet inte stoppa leveranskedjan, ambulanser och bilar från att fungera, vilket kan hända i ett helt elfordonscentrerat system.
- Fler-månaders lagring möjliggör också att överskottsproduktion under soliga eller blåsiga månader omvandlas till bränsletillförsel för månader med lägre förnybar energiproduktion.
Så det är möjligt att tala om en ammoniakekonomi eller en väteekonomi kan vara något missvisande.
Ett mer sannolikt scenario är en blandad ammoniak‑vätteekonomi, där varje teknik utnyttjas för att prestera bäst på sina starka punkter:
- Ammoniak för transport, långtidslagring och ”upptagning” av överskottsenergi från soliga eller blåsiga dagar.
- Väte för direkt konsumtion, korttidslagring och tillämpningar som kräver snabb och hög energiproduktion, som stålproduktion eller jetmotorer.
Detta är ett scenario där kärnkraftverk också kan spela en roll i avkarboniseringen, även utan massadoption av elfordon, tack vare ”rosa ammoniak” som ger en lågenergi källa till flytande bränsle.
Vägen till en ammoniakekonomi
Färdplanen för ammoniakadoption är något svårare att fastställa. Viss forskning uppskattar att en ammoniakdriven ekonomi, med massproduktion av grön ammoniak (2nd generation), är osannolik före 2030.
I detta scenario skulle mer effektiv ammoniakproduktion som bygger på direkt elektroreduktion (3rd generation) ta över först i slutet av 2030‑talen, på grund av att teknologin idag befinner sig i ett tidigt stadium, särskilt effektiva elektrokatalysatorer.
Källa: Science Direct
Sammantaget finns stora förhoppningar om tillväxt för grön ammoniak, med vissa uppskattningar som menar att den nuvarande marknaden på 300 M$ kan bli en gigantisk marknad på 17,9 B$, eller en förbluffande CAGR på 72,9 % till 2030.
Topp 5 gröna ammoniakaktier
Denna lista fokuserar på företag inom grön ammoniak eller grön vätgas. Men nuvarande ledare inom ammoniakproduktion, som till exempel CF Industries Holdings, Inc. (CF) eller Yara International ASA (YAR.OL), kommer sannolikt att gå över till grön ammoniak med tiden och kan också vara ett alternativ.
1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)
Aker Horizon är ett dotterbolag till Aker-gruppen som fokuserar på grön energi. Gruppen är ett viktigt norskt konglomerat med inriktning på förnybar energi samt marina/offshore‑verksamheter.
Källa: Aker
Aker Horizon är holdingbolaget för flera dotterbolag inklusive koldioxidavskiljning, grön vätgas och förnybar energi.
Källa: Aker
Företaget är särskilt aktivt inom produktion av väte och grön ammoniak, med ett mål att avkarbonisera arktisk sjöfart.
Källa: Aker
Så Aker är inte en renodlad grön ammoniakföretag men kan hantera hela den vertikala integrationen av grön ammoniak, från havsbaserade vindkraftverk till vätgasproduktion till grön ammoniakproduktion. De arbetar också med projekt som avfall‑till‑energi i Frankrike, ett biomassa‑verk i Tyskland och koldioxidavskiljning i Mellanöstern (Saudiarabien och Förenade Arabemiraten).
Detta gör det till en bra aktie för investerare som söker exponering mot den breda gröna energisektorn, med en stark position inom grön ammoniak, men även andra gröna energier samt viss geografisk diversifiering.
2. Plug Power Inc. (PLUG)
Plug Power är en ledare inom grön vätgas, med fokus på bränsleceller. Deras bränsleceller driver över 40 000 gaffeltruckar, med intäkter som ökat 8‑faldigt sedan 2013. De är också aktiva inom byggandet av vätgasinfrastruktur såsom vätgasproduktion, logistik, storskalig kraftgenerering och leveranser.
Källa: Plug Power
Företaget siktar på att skala upp för att minska produktionskostnaderna från $10/kg till $4/kg, samtidigt som produktionen multipliceras 14‑faldigt till 2027.
Källa: Plug Power
På grund av massiva investeringar för att öka produktionskapaciteten 19‑faldigt sedan 2020 är företaget ännu inte lönsamt. Detta ledde till nästan fördubbling av intäkterna från början till slutet av 2023. Det mesta av den nuvarande och förväntade verksamheten förväntas komma från Nordamerika.
Företaget ser sin lösning antingen som ett direkt mobilitetsbränsle eller som ett komplement till elfordon, eftersom väte kan minska belastningen på elnätet från elfordons toppladdning som inte matchar förnybar produktion under dagen.
Källa: Plug Power
Som en stor producent av bränsleceller skulle Plug Power starkt gynnas av en övergång till en väte/ammoniakbaserad ekonomi. Även om de inte är direkt aktiva inom ammoniakproduktion fokuserar företaget främst på grön vätgasproduktion (nödvändig för grön ammoniakproduktion) och bränsleceller, båda komponenter som fortfarande skulle vara efterfrågade om väte ensamt inte fungerar.
Detta gör Plug Power till en bra aktie att satsa på en generell övergång till väte, med eller utan ammoniak. Om vätebegränsningarna kring logistik och lagring visar sig vara oöverstigliga, skulle de fortfarande tjäna på en väte+ammoniakekonomi.
3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)
Ballard är en annan tillverkare av bränsleceller och en pionjär inom teknologin med sin första bränslecellbuss år 1993.
Företaget fokuserar på tunga marknader: bussar, lastbilar, tåg/spårvagnar, fartyg, gruv- och byggsektorn samt kraft. Medan bussar har varit kärnan i verksamheten förväntar sig företaget att lastbilar blir en stor affärssegment år 2025. De förväntar sig också att Europa förblir huvudmarknad (50‑60 %), följt av Nordamerika (25 %).
Bränsleceller för lastbilar förväntas fortsätta växa och representera en marknad på 7,5 Mrd $ år 2030 (från en total adressbar marknad på 195 Mrd $), nästan lika stor som alla andra väte‑/bränslecellstillämpningar sammanslagna.
Källa: Ballard
På grund av den högre kraft som krävs och behovet av snabb laddning har tunga fordon varit ett bra val för väte och bränsleceller jämfört med lättare fordon som bilar. Det minskar också behovet av kontaktledningar för järnväg och snabb omladdning för långdistansfrakt.
Källa: Ballard
Företaget är inte främmande för ammoniak heller, med exempelvis ett nyligt avtal med Amogy för att leverera bränsleceller till deras ”ammoniak‑till‑kraft‑plattform som bygger på unik ammoniak‑cracking‑teknik”.
Medan elbilar har en rimlig chans att snabbt ta över bilmarknaden, är tunga fordon svårare att avkarbonisera. Med sin etablerade ledarskap i sektorn skulle Ballard vara en primär fördelaktig aktör av en politisk satsning mot en väteekonomi.
4. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive har skapat ett modulärt/kontaineriserat system för grön ammoniakproduktion. Dess första mål är jordbrukssektorn, vilket möjliggör on‑site ammoniakproduktion med lokalt producerad energi. Systemet kan generera upp till 300 kg/dag, 100 ton per år av ammoniak för CA$950 000.
Källa: Fuel Positive
Detta gör det till ett system som passar gårdar upp till 1 800 acres. Endast 1,5 acre mark täckt med solpaneler räcker för att driva ammoniakproduktionen.
Källa: Fuel Positive
FuelPositive påstår att deras system kan producera ammoniak för CA$560/ton, vilket ligger i linje med historiska priser och, viktigare, skulle skydda jordbrukare från den extrema prisvolatilitet de upplevt de senaste åren, då ammoniak steg till $1350/ton vid ett tillfälle.
Källa: BusinessAnalitIQ
Startupen är i ett tidigt skede, med fullskalig produktion planerad till 2025 och 30 beställningar bekräftade hittills, med den första leveransen planerad till mars 2024.
FuelPositives största styrka är moduläriteten i deras teknik, vilket möjliggör ett mer distribuerat tillvägagångssätt och standardiserad massproduktion av deras ammoniakgenereringsmodul.
Företaget bygger ett partnerskap med Cipher Neutron, som kan producera väte utan någon metall från platina‑gruppen.
Även om huvudfokus är gödselproduktion, kan ammoniaken användas för att driva jordbruksmotorer med energi som produceras på plats, beroende på hur snabbt ammoniak-/vätedrivna jordbrukverktyg antas.
Den decentraliserade och modulära naturen hos FuelPositive-systemen kan också göra dem till en nyckelkomponent i en framtida ammoniakekonomi. Gödselmarknaden kan ge företaget ett utrymme att växa tills användningen av väte och ammoniak blir mer utbredd.
5. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower liknar FuelPositive genom att de erbjuder modulära ammoniakgenereringssystem, men i större skala, med sin basmodul som kan producera 4 ton/dag. Detta placerar företaget mer inom området för mycket stora gårdar (10 000+ acres) eller industriella verksamheter som textil, kylning, gruvdrift, läkemedel eller halvledare.
Källa: AmmPower
Företaget håller på att bygga sin orderbok, med den kortsiktiga bokningspotentialen uppskattad till $30 M och försäljningsutsikter för 690 enheter från 52 länder.
Företaget uppskattar elkostnaden till omkring $360/ton ammoniak.
Modulariteten i systemet möjliggör en snabb leverans och leveranser, med mindre än ett år jämfört med 3‑4 år för liknande projekt utan den modulära metoden.
Det arbetar också med teknik för att omvandla avfall till ammoniak, i ett joint venture med CTEC Energy Sales USA.
För att främja ammoniaks framsteg mot en väte‑ammoniakekonomi skapar de ett dedikerat dotterbolag för att cracka ammoniak till väte, vilket kommer att söka ytterligare finansiering separat.
Genom att nå den skala som kan passa de flesta industriella användningar, liksom mycket stora gårdar, siktar AmmPower på kunder och företag med djupare tillgång till kapital än de flesta. I kombination med ammoniak‑cracking‑teknik kan detta möjliggöra en snabb uppskalning i takt med politiska åtgärder som driver på utvecklingen av väte som energibärare.
