Enerji
Daha temiz amonyak üretimi için lityum aracılı yeni bir yöntem
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Amonyak: Kirleticiden Yeşil Alternatife
Amonyak; deniz taşımacılığı, bazı ağır taşıt uygulamaları ve uzun süreli enerji depolaması için olası bir enerji taşıyıcısı olarak araştırılıyor. Hidrojenin taşınmasına da yardımcı olabilir. Bununla birlikte amonyak toksiktir; güvenli depolama, taşıma ve kullanım için uygun mühendislik önlemleri gerekir.
Geleneksel amonyak üretiminde hidrojen ve azot, yüksek basınç ve sıcaklıkta Haber–Bosch süreciyle birleştirilir. Emisyonların önemli bölümü hidrojenin fosil kaynaklardan üretilmesine ve enerji tedarikine bağlıdır; düşük emisyonlu hidrojen kullanılması bu sürecin çevresel etkisini değiştirebilir.
Kaynak: Research Gate
Buna alternatif olarak, Illinois Chicago Üniversitesi, Texas Tech University ve General Ammonia Company araştırmacıları, etanol gibi bir proton vericisini lityum aracılı elektrokimyasal süreçle birleştiren amonyak üretim yöntemini geliştirdi.
Bu grubun önceki çalışmalarına örnek olarak amonyak üretimi için geliştirilen elektrik uygulanan bakır ağlar ve güneş ışığı ile atık sudaki nitratı kullanan amonyak üretim sistemleri verilebilir.
Yeşil amonyak üretiminde lityum «senfonisi»
Yeni amonyak üretim yöntemi, azot gazını ve etanol gibi bir hidrojen bağışlayan sıvıyı yüklü bir lityum elektroduyla birleştirerek çalışır.
Bu “Lityum aracılı amonyak sentezi” (LiMAS) 3 ardışık adımda çalışır:
- İlk adımda Li+ iyonları indirgenerek elektrot yüzeyine lityum biriktirilir. Akımın darbeli uygulanması, katı elektrolit arayüzünün (SEI) özelliklerini ve çalışma kararlılığını etkileyebilir.
- İkinci adımda azot, lityumla tepkimeye girerek lityum nitrür oluşturur.
- Üçüncü adımda lityum nitrürün protonlanmasıyla amonyak (NH3) oluşur.
Kaynak: ACS Publications
Araştırmacılar, süreci bir “senfoni” olarak tanımlıyor, çünkü her adım, sürecin verimli kalmasını ve malzemenin bir sonraki kimyasal reaksiyon döngüsü için döngüde kalmasını sağlayacak şekilde düzenleniyor.
“İki döngü gerçekleşir. Biri hidrojen kaynağının yenilenmesi, diğeri ise lityumun yenilenmesidir. Bu reaksiyonda döngüsel süreç nedeniyle bir senfoni vardır.
Yaptığımız şey, bu senfoniyi daha iyi anlamak ve çok verimli bir şekilde modüle etmeye çalışmak, böylece bir rezonans yaratıp süreci daha hızlı hareket ettirmektir.” – Singh, UIC’de kimya mühendisliği doçent öğretim üyesi.
Elektrokimyasal biriktirme koşullarının düzenlenmesi, bu araştırmada amonyak seçiciliğini artıran önemli bir unsurdur.
Ayrıca, amonyak üretkenliğini artıran iki başka faktör daha buldular:
- Azot gazı basıncını 20 bar’a kadar artırmak.
- Alkolü hidrojen kaynağı olarak kullanmak.
- İncelenen koşullarda 1-bütanol, etkili bir proton vericisi olarak öne çıktı.
- İncelenen sistemde su, bazı alkol bazlı proton vericilerine göre daha düşük performans gösterdi. Bu sonuç bütün amonyak üretim yöntemlerine genellenemez.
Bu bulgular, lityum aracılı amonyak sentezinin belirli deney koşullarındaki performansını geliştirmeye yardımcı olur. Laboratuvar sonuçları, endüstriyel Haber–Bosch tesislerinden her ölçütte daha verimli bir üretimin kanıtlandığı anlamına gelmez.
Kaynak: UIC Today
Amonyak Üretiminin Sorunları
Yeşil Amonyak
Düşük emisyonlu amonyak üretimi, bazı sektörlerin karbonsuzlaştırılmasına ve hidrojen taşıyıcılarının geliştirilmesine katkı sağlayabilir. İlgili makalemiz: «Yeşil amonyak ile küresel deniz taşımacılığını karbonsuzlaştırmak».
Bu, süreç yeşil enerji (yeşil hidrojen dahil) ile besleniyorsa özellikle doğrudur, çünkü diğer amonyak türleri daha az çevre dostudur.
Bu, yeşil amonyak ile diğer amonyak türlerini ayırır:
- Gri/kahverengi amonyak: fosil yakıtlardan üretilir.
- Mavi amonyak, fosil yakıtlardan üretilir ancak karbon yakalama ile.
- Pembe amonyak: nükleer enerji kullanılarak üretilen hidrojenle elde edilir. Renk adlandırmaları evrensel olarak standartlaştırılmış değildir; «sarı» her kaynakta aynı anlamı taşımaz.
- Turkuaz amonyak: metanın piroliziyle üretilir. Bu, metanı hidrojen ve katı karbon olarak parçalar, ardından hidrojen amonyaka dönüştürülür. Katı karbon depolanabilir veya karbon fiber gibi uygulamalarda kullanılabilir.
Günümüzde, amonyak çoğunlukla gübre üretimi ve kimya endüstrisi (boyalar, patlayıcılar vb.) gibi uygulamalar için üretilir. Büyük ölçüde fosil yakıtlar, özellikle doğal gaz kullanılarak yapılır.
Amonyak üretimi, özellikle fosil kaynaklı hidrojen ve süreç enerjisi nedeniyle önemli bir endüstriyel sera gazı emisyonu kaynağıdır. Küresel emisyonlardaki payı, kullanılan hesaplama sınırına ve yıla bağlıdır.
Haber-Bosch sürecinin gerektirdiği yüksek sıcaklıklar, amonyak üretiminin enerji maliyetini azaltmaya yardımcı olmaz; bu enerji genellikle fosil yakıtlardan, yüksek karbon emisyonlu kömür dahil, sağlanır.
LiMAS’ın endüstriyel ölçeğe taşınması
Süreç, lityumun yeniden kazanılıp kullanılmasını hedefler. Endüstriyel işletmede malzeme kayıpları, geri kazanım verimi ve bakım gereksinimleri ayrıca değerlendirilmelidir.
Yöntemin düşük maliyetli bir üretim seçeneğine dönüşmesi, ölçek büyütme, elektrik fiyatı, enerji verimi ve ekipman maliyetlerinin doğrulanmasına bağlıdır.
Illinois Chicago Üniversitesi araştırmacıları, sürecin ölçek büyütülmesi durumunda ekonomik hedeflere ulaşabileceğini öngörüyor.
Singh’in açıklamasına göre, ölçek büyütme başarılı olursa maliyetin ton başına yaklaşık 450 ABD doları düzeyine inmesi ve önceki bazı lityum temelli veya önerilen yeşil yöntemlere göre yaklaşık %60 azalması mümkün olabilir. Bu bir maliyet tahminidir, ticari üretimde doğrulanmış fiyat değildir.
Singh, UIC’de kimya mühendisliği doçent öğretim üyesi.
Karşılaştırma için, FuelPositive geçmiş maliyet modelinde ton başına yaklaşık 560 Kanada doları işletme maliyeti öngörürken, AmmPower yalnızca elektrik için ton başına yaklaşık 360 ABD doları tahmin etmişti. Para birimleri, maliyet kapsamları ve elektrik fiyatı varsayımları farklı olduğundan bu rakamlar doğrudan eşdeğer değildir. Fuel Positive gibi şirketler de modüler amonyak üretimini araştırıyor.
(Bu iki şirketi ve diğerlerini «Diğer hidrojen yakıtı: beş yeşil amonyak şirketi» başlıklı makalemizde ele alıyoruz.)
Öngörülen maliyetin piyasa fiyatlarıyla rekabet edebilmesi; enerji fiyatlarına, finansman giderlerine ve üretim koşullarına bağlıdır.
Amonyak fiyatları, doğal gaz fiyatları yükseldiğinde, örneğin 2022’de Ukrayna savaşının başlangıcında olduğu gibi, büyük dalgalanmalara maruz kalır.
Kaynak: BusinessAnalitIQ
Bilim insanları, lityum aracılı amonyak sentezini pilot ölçekte denemek ve büyütmek için General Ammonia Co. ile çalışıyordu. Nisan 2024 tarihli açıklamada Chicago bölgesinde bir pilot tesis planlandığı ve Illinois Chicago Üniversitesi Teknoloji Yönetimi Ofisinin patent başvurusu yaptığı belirtiliyordu.
Yeşil Amonyak Şirketleri
1. General Ammonia Company
Illinois Chicago Üniversitesi araştırmacılarıyla çalışan General Ammonia Company halka açık değildir; şirketin o dönemdeki açıklamasına göre «aktif olarak yatırım arıyordu».
2. NitroVolt
NitroVolt, LiMAS kullanarak amonyak üretmeyi hedefleyen bir başka şirkettir ve lityum aracılı amonyak sentezi süreci için bir patent başvurusu bulunmaktadır.
Kaynak: NitroVolt
Danimarkalı şirket, LiMAS sürecini kendi patentli akış hücresi sistemiyle birleştirerek sürekli ve yüksek verimli bir reaksiyon sağlamaktadır.
Şirketin araştırması prestijli bilimsel yayınlarda yayımlanmıştır, özellikle:
Kaynak: NitroVolt
Şirket, ilk yatırımını Mart 2024 döneminde aldı. Yatırımcı girişim sermayesi şirketi BackingMinds’tı.
3. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive, çiftlikte amonyak üretmek üzere modüler FP300 sistemini geliştirdi. Dönemin şirket açıklamalarında tasarım kapasitesi günde 300 kg, yılda yaklaşık 100 ton ve başlangıç fiyatı 950.000 Kanada doları olarak veriliyordu. Kapasite ve işletme maliyeti, enerji tedariki ile çalışma koşullarına bağlıdır.
Kaynak: Fuel Positive
Şirketin örneğinde yaklaşık 1.800 acre, yani 728 hektarlık bir çiftlik ele alınıyordu. Sistemin şebekeden bağımsız çalışması için yaklaşık 1 MW güneş enerjisi kapasitesi ve tamamlayıcı depolama öngörülüyordu. Acre birimini «dönüm» diye çevirmek doğru değildir; gereken panel alanı ve depolama, konuma ve tasarıma göre değişir.
Kaynak: Fuel Positive
Şirket erken geliştirme aşamasındaydı. 2024–2025 için verilen teslimat ve üretim tarihleri o dönemin planlarıydı; tamamlanmış ticari üretim veya kesinleşmiş satış sayısı olarak sunulmamalıdır.
FuelPositive’ın temel gücü, teknolojisinin modülerliği sayesinde daha dağıtık bir yaklaşım ve amonyak üretim modülünün standartlaştırılmış seri üretimine olanak tanımasıdır.
Şirketin iş birliği yaptığı Cipher Neutron, platin grubu metal gerektirmeyen hidrojen elektrolizi teknolojisi geliştiren bir şirket olarak bu iş birliğinde yer alıyordu.
LiMAS teknolojisi için gelecekte kurulabilecek benzer bir iş birliği yalnızca olasılıktır; burada böyle bir lisans veya anlaşma belgelendirilmemektedir.
Birincil odak gübre üretimi olsa da, amonyak, sahada üretilen enerjiyle tarım motorlarını çalıştırmak için kullanılabilir; bu, amonyak/hidrojen destekli tarım araçlarının benimsenme hızına bağlıdır.
FuelPositive sistemlerinin dağıtık ve modüler yapısı, gelecekteki bir amonyak ekonomisinin kilit unsuru haline gelebilir. Gübre pazarı, şirketin hidrojen ve amonyak kullanımının daha yaygınlaşmasına kadar büyümesi için bir boşluk sağlayabilir.
4. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower da modüler amonyak sistemleri geliştiriyor. Dönemin tanıtımında temel modül için günde dört ton kapasite hedefleniyordu. Bu ölçek büyük çiftliklere ve endüstriyel işletmelere yönelikti; çiftlik alanı için kullanılan 10.000 acre yaklaşık 4.047 hektardır, 10.000 dönüm değildir.
Kaynak: AmmPower
Şirket, potansiyel müşteri ve proje havuzunu geliştirdiğini belirtiyordu. Tanıtımda verilen 30 milyon dolar ve 52 ülkede 690 birim gibi satış potansiyeli rakamları, kesin sipariş veya gerçekleşmiş gelir olarak değerlendirilmemelidir.
Şirket, elektrik maliyetinin ton başına yaklaşık 360 $ olduğunu tahmin ediyor.
Şirketin açıklamasına göre modüler tasarım teslim süresini kısaltabilir. Bir yıldan kısa süre hedefi, bütün projelerde doğrulanmış bir teslimat garantisi değildir.
Ayrıca, CTEC Energy Sales USA ile ortak girişimde atıkları amonyaka dönüştürme teknolojisi üzerinde çalışmaktadır.
Burada da, LiMAS amonyak sürecini modüler tasarıma entegre etmek için başka ortaklıklar kurulabilir.
Şirket ayrıca amonyağı yeniden hidrojen ve azota ayıran kraking teknolojisini geliştirmeyi ve bunun için ayrı finansman sağlamayı planlıyordu. Bu süreç yalnızca amonyağın depolanmasından farklıdır.
Çoğu endüstriyel kullanım ve çok büyük çiftliklere uygun ölçeği yakalayarak, AmmPower, çoğu şirketten daha derin sermaye erişimine sahip müşterileri hedefliyor.
Amonyak kırma teknolojisiyle birleştirildiğinde, bu, hidrojenin enerji taşıyıcısı olarak geliştirilmesini teşvik eden politikalar sonrasında hızlı bir ölçeklendirme yapmasını sağlayabilir.
