Diğer Hidrojen Yakıtı – En İyi 5 Yeşil Amonyak Hissesi

Sıvı Yakıtları Değiştirme Arayışı

Rüzgâr ve güneş enerjisi yaygınlaştıkça değişken üretim, enerji depolama ve esneklik ihtiyacını artırıyor. Bataryalar seçeneklerden biri; bu konuyu “Enerji depolamanın geleceği — şebeke ölçeğinde batarya teknolojileri” yazımızda ele aldık.

Uzun mesafeli deniz taşımacılığı ve hava kargo gibi bazı kullanımların elektrikleştirilmesi özellikle zordur.

Karayolu yük taşımacılığında batarya ağırlığı, şarj altyapısı ve üretim kapasitesi, özellikle uzun mesafelerde güçlük yaratır. Yine de elektrikleşme 2023’te başlamıştı: ilk Tesla (TSLA ) Semi kamyonları Aralık 2022’de teslim edildi.

Benzin, motorin ve kerosen kilogram başına bataryalardan daha fazla kimyasal enerji içerir. Tam karşılaştırmada tahrik sisteminin verimi de hesaba katılmalıdır.

Bu nedenle petrol ürünlerinin yerini alabilecek sıvı yakıtlar ilgi çekicidir. Biyoyakıtlar yenilenebilir biyokütleden üretilir ve fosil yakıtlara benzeyebilir; ancak bileşimleri ve çevresel etkileri aynı değildir. Konuyu “Alglerden biyoyakıt: bir sonraki enerji devrimi mi?” yazımızda inceledik.

Bir diğer fikir, hidrojeni enerji taşıyıcısı olarak kullanmaktır. Evrenin en bol elementi olmasına rağmen ekonomik üretim, sıvılaştırma, taşıma ve depolama sorunları vardır.

Hidrojen yalnızca H2 gazı olarak değil, kimyasal bileşikler içinde de depolanabilir. Havanın yaklaşık %78’ini oluşturan azot, hidrojenle birleşerek amonyak oluşturabilir.

Enerji taşıyıcısı olarak amonyak

Basit Kimya

Amonyak, NH3, gübre üretiminde kullanılır; yakılması veya oksitlenmesiyle enerji açığa çıkabilir. Azot ve suya ideal tam yanma tepkimesi şöyledir:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Bu ideal tepkimede, saf hidrojenin yanmasında olduğu gibi doğrudan CO2 oluşmaz. Gerçek yanmada ise zararlı maddeler oluşabilir. Amonyağın kendisi zehirlidir ve güvenli kullanım gerektirir.

Sıvı amonyağın depolanması, sıvı hidrojene göre çok daha ılımlı sıcaklık ve basınçlarda mümkündür. Atıf yapılan analiz amonyak için 3,83 MWh/m³, sıvı hidrojen için 2,64 MWh/m³ verir. Yaklaşık %45’lik fark hacim başınadır, kilogram başına değil.

Kaynak: Kleinman Center For Energy Policy

Kleinman Center analizinde hidrojeni sıvılaştırmak için gereken enerji, depolanan enerjinin %44,7’si olarak hesaplanır; işlem sıcaklığı −253 °C (−423°F) düzeyindedir. Modelin varsayımlarında mevsimlik depolama kayıpları %79’a ulaşabilir. Sonuçlar süreye ve tekniğe bağlıdır; aktif soğutma buharlaşmayı azaltabilir.

Aynı analize göre amonyak atmosfer basıncında −33 °C’nin altına soğutularak veya 20 °C’de basınç 7,5 barın üzerine çıkarılarak sıvılaştırılabilir. Yaklaşık %99 verim yalnızca bu aşamaya aittir; elektrikten yakıta ve tekrar kullanılabilir enerjiye uzanan tüm zincirin verimi değildir.

Kaynak: Kleinman Center For Energy Policy

Mevcut Altyapı

Amonyak başta gübre, ayrıca plastik ve patlayıcı üretimi için zaten büyük ölçekte üretilir. Dolayısıyla sanayi süreçleri ve tedarik zincirleri mevcuttur. Geleneksel üretim yine de fosil hammadde ve enerjiye büyük ölçüde bağımlıdır. Amonyak, en çok üretilen sanayi kimyasalları arasındadır.

Düşük emisyonlu bir amonyak ekonomisi öncelikle yenilenebilir enerjiyle üretilen yeşil amonyağa dayanır. Bu yöntem aşağıdaki diğer üretim yollarından ayrılır:

• Gri veya kahverengi amonyak: CO2 yakalama olmadan fosil hammaddelerden üretim.
• Mavi amonyak: CO2 yakalamayla birlikte fosil üretim. İklim etkisi yakalama oranına ve metan sızıntılarına da bağlıdır.
• Pembe amonyak: nükleer enerjiyle üretim. Renk adları her yerde aynı kullanılmaz; sarı başka yöntemleri de ifade edebilir.
• Turkuaz amonyak: metan pirolizinden elde edilen hidrojenin amonyağa dönüştürülmesi. Ortaya çıkan katı karbon depolanabilir veya uygun ürünlerde kullanılabilir.

Analiz ABD’de yaklaşık 5.000 km amonyak boru hattı ve 490.000 km yüksek basınçlı doğal gaz hattı olduğunu belirtir. Mevcut altyapı yararlıdır, ancak genişleme uygun malzemeler ve güvenlik önlemleri gerektirir. Amonyağa genel olarak aşındırıcı değildir denemez: malzeme uyumu ve gerilmeli korozyon da önemlidir; bunlar hidrojen gevrekleşmesinden farklı sorunlardır.

Üretim ve altyapıda büyük yatırımlar gerekir. Atıf yapılan senaryoda dünya doğal gaz tüketiminin yarısını karşılamak için amonyak üretiminin yaklaşık yirmi katına çıkması gerekir. Bu bir üretim tahmini değil, senaryonun ölçeğini gösteren hesaptır.

Kleinman Center tablosu farklı depolama zincirlerini karşılaştırır. Amonyak için yedi gün sonra yaklaşık %42,5–52,3, 182 gün sonra %41,8–51 geri kazanılan enerji verir. %84’lük üst sınır amonyağa değil, sıkıştırılmış hidrojene aittir. Rakamlar modelde geri elde edilen hidrojen enerjisine kadar olan zinciri anlatır; doğrudan şebekeye dönen elektrik anlamına gelmez.

Kaynak: Kleinman Center For Energy Policy

Amonyağın sınırlamaları

Gerçek amonyak yanmasında azot oksitler (NOx), yanmamış amonyak ve diazot monoksit (N2O) oluşabilir. NOx hava kalitesine zarar verir. N2O ayrı bir gazdır: EPA’nın kullandığı yüz yıllık değerde kilogram başına ısınma etkisi CO2’nin yaklaşık 273 katıdır. Bu sayı tüm NOx gazlarına uygulanamaz.

Önerilen teknik çözümler arasında şunlar bulunur:

• Yeşil amonyağı fosil yakıtla birlikte yakmak. Bu, bütün emisyonları kendiliğinden ortadan kaldırmaz.
• Yanmayı desteklemek için amonyakla hidrojeni karıştırmak.
• Amonyağı kullanım yerinde, örneğin bir dolum istasyonunda, ihtiyaç oldukça azot ve hidrojene ayrıştırmak. Buna kraking denir.
• Uygun yakıt hücresi sistemleriyle elektrik üretip motor çalıştırmak; bu, doğrudan amonyakla veya önce hidrojene dönüştürülerek yapılabilir.
• Egzoz gazı arıtımıyla NOx miktarını azaltmak. Bir örnek, platin, paladyum veya rodyum kullanan NOx depolama katalizörleridir. Tüm çözümler bu metalleri gerektirmez: bakır zeolitler ve vanadyum içeren SCR katalizörleri de kullanılır. Maliyet ve malzeme ihtiyacı sisteme bağlıdır.

İklim yararı için üretim emisyonlarının yanı sıra kullanım sırasında NOx, N2O ve amonyak kaçakları da kontrol edilmelidir. Bütün NOx bileşiklerini aynı ısınma etkisine sahip tek bir sera gazı gibi değerlendirmek yanlıştır.

Hidrojen taşıyıcısı olarak amonyak

Amonyak tekrar azot ve hidrojene ayrıştırılabilir. Bu nedenle doğrudan yanmanın uygun olmadığı kullanımlarda bile hidrojen taşıyıcısı olabilir.

Bu zincirde amonyak depolama ve taşıma için, ayrıca belirli doğrudan kullanımlarda yer alır. Krakingden sonra hidrojen arıtılabilir ve gerekirse yakıt hücresi veya uygun motor için sıkıştırılabilir. Bu aşamalar da enerji tüketir.

Sistemin tasarımına ve kullanımına bağlı olarak olası yararlar şunlardır:

• Hidrojene kıyasla daha ılımlı sıvılaştırma koşulları ve üretimde yenilenebilir enerji kullanabilme olanağı.
• Güneş ve rüzgâr üretiminin yüksek olduğu dönemlerde ucuz elektrikten yararlanarak yakıt üretim maliyetlerini azaltmak.
• Yakıtı aylarca depolamak enerji sistemi ve ulaşımın dayanıklılığını artırabilir. Elektrik kesintisinde stoklar ambulansları ve tedarik zincirlerini destekleyebilir; bunun için yakıt tesisleri ve dağıtım sistemi de çalışmayı sürdürmelidir.
  • Güneşli veya rüzgârlı aylardaki fazlayı yenilenebilir üretimin daha düşük olduğu dönemlere saklamak.

Bu nedenle amonyak ve hidrojen ekonomilerini birbirine kesin alternatifler olarak görmek yanıltıcı olabilir.

Olası senaryolardan biri amonyak ile hidrojenin birlikte kullanıldığı bir sistemdir; her taşıyıcı özelliklerine en uygun görevde kullanılır:

• Enerji taşıyıcısının nakli, uzun süreli depolama ve geçici elektrik fazlasının değerlendirilmesi için amonyak.
• Doğrudan kullanım, daha kısa depolama ve çelik üretimi gibi bazı sanayi süreçleri için hidrojen. Uçak motorlarında kullanım daha fazla teknik geliştirme gerektirir.

Nükleer santraller de ulaşımın elektrikleşmesiyle birlikte pembe amonyak için düşük karbonlu enerji sağlayarak emisyon azaltımına katkıda bulunabilir.

Amonyak ekonomisine giden yol

Yaygın kullanımın takvimi belirsizdir. 2023’te ele alınan çalışmalar, büyük ölçekli yeşil üretimi muhtemelen 2030 ve sonrasında gelişebilecek ikinci nesil olarak tanımlıyordu. Bu bir gelişim senaryosuydu, ticari başarı için kesin tarih değildi.

Daha verimli üretim için doğrudan elektrokimyasal indirgeme senaryoda 2030’ların sonuna yönelik üçüncü nesil olarak ele alınıyordu. Teknoloji ve uygun elektrokatalizörler henüz geliştirme aşamasındaydı.

Kaynak: Science Direct

Yeşil amonyağa ilişkin beklentiler yüksekti. 2023 tarihli bir pazar tahmini, 2023’te yaklaşık 300 milyon dolarlık pazarın 2030’da 17,9 milyar dolara ulaşmasını, yaklaşık %72,9 bileşik yıllık büyümeyi öngörüyordu. Bu tarihsel bir tahmindi; gerçekleşmiş büyüme veya garanti değildi.

En İyi 5 Yeşil Amonyak Hissesi

Liste yeşil amonyak veya hidrojen işletmelerine odaklanır. Mevcut büyük amonyak üreticileri, örneğin CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) ve Yara International ASA (YAR.OL), üretimlerini dönüştürdükçe bu alanda önemli olabilir.

1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)

Aker Horizons, 2023’te Norveçli Aker grubunun yeşil enerji odaklı şirketiydi. Grup yenilenebilir enerji, denizcilik ve açık deniz faaliyetlerinde yer alıyordu.

Kaynak: Aker

Aker Horizons, yenilenebilir enerji, CO2 yakalama ve hidrojen projelerinin geliştirilmesinde yatırımları olan bir holdingdi.

Kaynak: Aker

Şirket, Arktik deniz taşımacılığının emisyonlarını azaltmak gibi amaçlarla hidrojen ve yeşil amonyak projeleri geliştiriyordu. Proje geliştirmek, planlanan tesislerin tamamının üretime geçtiği anlamına gelmiyordu.

Kaynak: Aker

Yalnızca amonyak şirketi değildi. Portföyü yenilenebilir elektrikten hidrojene ve planlanan amonyak üretimine uzanan aşamaları kapsıyordu. Yazı ayrıca Fransa’da atıktan enerji, Almanya’da biyokütle ve Suudi Arabistan ile Birleşik Arap Emirlikleri’nde CO2 yakalama projelerini anıyordu.

2023 tarihli yazının yatırım düşüncesi, bu çeşitliliğin farklı enerji teknolojilerine ve bölgelere erişim sağlamasıydı. Projelerin hayata geçirilmesi ve finansmanı belirleyici olmaya devam ediyordu.

2. Plug Power Inc. (PLUG)

Plug Power (PLUG ) yakıt hücreleri ve yeşil hidrojen alanında faaliyet gösterir. Yazı tarihsel olarak şirketin hücreleriyle çalışan 40.000’den fazla forklift ve 2013’e göre sekiz kat gelir belirtiyordu. Şirket ayrıca hidrojen üretimi, lojistik, teslimatlar ve büyük ölçekli elektrik sistemleri geliştiriyordu.

Kaynak: Plug Power

Ekim 2023 sunumunda Plug, ölçek büyümesiyle teslim edilen hidrojenin ortalama maliyetini 2027’ye kadar yaklaşık 10 dolardan 4 dolar/kg düzeyine indirmeyi öngörüyordu. Yazı beklenen hacim artışını yaklaşık on dört kat olarak yorumluyordu. Bunlar hedeflerdi, elde edilmiş sonuçlar değil.

Kaynak: Plug Power

Plug zarar ediyordu ve büyümeye yatırım yapıyordu. Sunumda 2020’den beri ekipman üretim kapasitesinde %1.900 artış belirtiliyordu; gerçek hidrojen üretiminde on dokuz kat artış değil. 2023’ün ikinci yarısı gelir tahmini yaklaşık 730 milyon dolardı; ilk yarıda yaklaşık 470 milyon dolar vardı. Bu, gerçekleşmiş bir ikiye katlanma değildi. Kuzey Amerika faaliyet ve planların önemli bölümünü oluşturuyordu.

Plug, hidrojeni ulaşım yakıtı ve elektrikli araçların olası tamamlayıcısı olarak sunuyordu. Uygun zamanlarda üretim ve yakıt hücresinde kullanım esneklik sağlayabilir, ancak ek enerji kayıplarına yol açar.

Kaynak: Plug Power

Hidrojen ve amonyak uygulamalarının yayılması Plug ürünlerine talebi artırabilirdi. Şirket ağırlıkla hidrojen ve yakıt hücrelerine odaklansa da sunumu Finlandiya’da amonyak üretimini de içeren geliştirme aşamasında bir projeye yer veriyordu. Amonyakla bütün doğrudan bağları dışlamak doğru değildi.

Yazı şirketi, amonyak taşıma aracı olarak kullanılsa da kullanılmasa da hidrojen alanında olası bir yatırım olarak ele alıyordu. Sonuçlar üretim maliyeti, lojistik, depolama, talep ve finansmana bağlıdır.

3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)

Ballard da yakıt hücresi üreticisidir ve teknolojinin öncülerindendir; ilk yakıt hücreli otobüsünü 1993’te tanıttı.

Haziran 2023’te Ballard otobüsler, kamyonlar, tren ve tramvaylar, gemiler, maden ve inşaat makineleri ile elektrik üretimine odaklanıyordu. 2025’e kadar kamyonların katkısının artmasını, gelirin yaklaşık %50–60’ının Avrupa’dan ve %25’inin Kuzey Amerika’dan gelmesini bekliyordu. Bu, o dönemin beklenen faaliyet dağılımıydı.

Ballard, 2030 için kamyon yakıt hücrelerinin potansiyel pazarını yaklaşık 7,5 milyar dolar, toplam kamyon pazarını yaklaşık 195 milyar dolar olarak tahmin ediyordu. Yakıt hücresi tahmini ilgili tablodaki diğer uygulamaların toplamına yakındı; dünyadaki bütün hidrojen kullanımlarına değil.

Kaynak: Ballard

Uzun menzil ve hızlı yakıt ikmali, bazı ağır taşımacılık görevlerinde yakıt hücrelerini cazip kılabilir. Elektrikleşmemiş demiryollarında katener hattı ihtiyacını azaltabilirler. Uygunluk güzergâha ve hidrojen altyapısına bağlıdır; söz konusu olan bataryayı hızlı şarj etmek değil, yakıt doldurmaktır.

Kaynak: Ballard

Somut bir örnek, 8 Aralık 2022 tarihli sözleşmeydi; Amogy için başlangıçta her biri 200 kW gücünde üç deniz tipi FCwave yakıt hücresi öngörülüyordu. Amogy sistemi amonyağı hidrojene ayrıştırır; PEM hücrelerine doğrudan amonyak beslenmez.

Yazı, büyüyen hidrojen ekonomisinde ağır taşımacılığı Ballard için olası bir fırsat olarak görüyordu. Gelişme altyapı, maliyetler ve siparişlere bağlıdır; politika desteğinin otomatik sonucu değildir.

4. FuelPositive Corporation (NHHHF)

FuelPositive başlangıçta tarımda yerinde yeşil amonyak üretimi için konteynerlere yerleştirilen modüler FP300 sistemini geliştiriyordu. Belirtilen kapasite günde 300 kg’a veya yılda yaklaşık 100 metrik tona kadar, ilk temel fiyat ise 950.000 Kanada dolarıydı. Son fiyat yapılandırmaya bağlıydı.

Kaynak: Fuel Positive

Şirket örnek olarak 1.800 akrelik, yaklaşık 728 hektarlık bir çiftlik kullanıyordu. Sunumunda yaklaşık 1 MW güneş sistemi ve depolama için gösterilen alan 1,5 akre, yaklaşık 0,61 hektardı. Bu bir şirket örneğiydi; her iklimde aynı alanın üretimi besleyeceği garantisi değildi.

Kaynak: Fuel Positive

FuelPositive işletme maliyetini ton başına yaklaşık 560 Kanada doları tahmin ediyordu; sonuç elektrik fiyatına bağlıydı. Bu, tesisin satın alınması dahil toplam maliyet değildi. Yerel üretim piyasa dalgalanmalarına maruziyeti azaltabilir, fakat bütün riskleri ortadan kaldırmaz. Yazı belirli bir dönemde amonyak fiyatının ton başına 1.350 dolara kadar çıktığını belirtiyordu.

Kaynak: BusinessAnalitIQ

Şirket 2023’te erken aşamadaydı. Genel kurul hedefleri ilk otuz sistem siparişini resmileştirmek ve yeni imalat tesisini 2025 başında işletmeye almaktı. Bu, otuz siparişin önceden kesinleştiğini kanıtlamıyordu. Mart veya ilkbahar 2024’te ilk teslimat o dönemin planıydı, tamamlanmış teslimat değildi.

Yazı, dağıtık üretimi ve standartlaştırılmış cihaz imalatını destekleyebilecek modüler tasarımı öne çıkarıyordu.

FuelPositive’in ortaklık geliştirdiği şirket Cipher Neutron, platin grubu metaller olmadan anyon değişim membranlı elektrolizörler geliştiriyordu.

İlk hedef gübre pazarıydı. Amonyağı tarım makinelerinde yakıt olarak kullanmak uygun motorlar veya hidrojen sistemleri ve gerekli altyapıyı gerektirir.

Dağıtık ve modüler yaklaşım gelecekte amonyağın enerji taşıyıcısı olarak kullanıldığı pazara da hizmet edebilirdi. Daha geniş enerji uygulamalarından önce gübre pazarı ilk ticari gelişim alanını sağlıyordu.

5. AmmPower Corp. (AMMPF)

AmmPower da modüler tesisler geliştiriyordu; IAMM’nin tasarlanan kapasitesi günde dört metrik ton amonyaktı. Hedefleri 10.000 akreden, yaklaşık 4.047 hektardan, büyük çiftlikler ile tekstil, soğutma, madencilik, ilaç ve yarı iletken sanayileriydi. Nominal kapasite, geniş bir kurulu tesis filosu bulunduğunu göstermiyordu.

Kaynak: AmmPower

Yazı o sırada yakın vadede 30 milyon dolarlık potansiyel sipariş ve 52 ülkede 690 sistem için satış olasılığı belirtiyordu. Bunlar ticari fırsatlardı; kesinleşmiş sözleşme veya gerçekleşmiş gelir değildi.

Ton başına 360 dolarlık tahmin yalnızca elektriğe aitti; üretim, bakım ve sermayenin bütün maliyetlerine değil.

Modüler yaklaşım, bazı geleneksel projelerdeki üç veya dört yıl yerine bir yıldan kısa teslimatı hedefliyordu. Bu bir geliştirme hedefiydi; gerçek süre projeye ve izinlere de bağlıydı.

AmmPower, 15 Haziran 2023’te CTEC Energy Sales USA ile atıktan yararlanarak amonyak üretmeye yönelik ortak girişim sözleşmesini duyurdu. Önerilen zincirde atıktan elde edilen hidrojen ve elektrik IAMM sentez sistemlerini besleyecekti.

Yazı ayrıca amonyağı hidrojene ayrıştıracak ve ayrı finansman arayacak bir yan şirket kurma planını aktarıyordu. Teknoloji geliştirme aşamasındaydı; ticari ölçekte kanıtlanmış değildi.

AmmPower, sermayeye görece daha iyi erişimi olan sanayi müşterileri ve büyük çiftlikleri hedefliyordu. Amonyak sentezi ve krakingi hidrojen pazarında fırsatlar yaratabilir, ancak genişleme finansman, teknik ilerleme ve gerçek siparişlere bağlıdır.