Stará chémia v nových farbách

Koncom septembra 2020 bol zo Saudskej Arábie do Japonska odoslaný prvý modrý čpavok na svete (1), ktorý sa mal podľa tlačových správ použiť v elektrárňach na výrobu elektriny bez emisií oxidu uhličitého. Pre nezasvätených sa to môže zdať trochu záhadné. Existuje nové zázračné palivo?

Saudi Aramco, za prepravou, vyrába palivo konverziou uhľovodíkov (t. j. produkty získané z ropy) na vodík a potom premeniť produkt na amoniak, pričom sa zachytí oxid uhličitý ako vedľajší produkt. Amoniak teda uchováva vodík, ktorý sa tiež označuje ako „modrý“ vodík, na rozdiel od „zeleného“ vodíka, ktorý pochádza skôr z obnoviteľných zdrojov ako z fosílnych palív. Môže sa tiež spaľovať ako palivo v tepelných elektrárňach, čo je dôležité, bez emisií oxidu uhličitého.

Prečo je lepšie skladovať transportuje vodík viazaný v amoniaku ako len čistý vodík? „Amoniak sa ľahšie skvapalňuje – kondenzuje pri mínus 33 stupňoch Celzia – a obsahuje 1,7-krát viac vodíka na meter kubický ako skvapalnený vodík,“ uvádza sa v štúdii investičnej banky HSBC, ktorá podporuje novú technológiu.

Saudská Arábia, najväčší svetový vývozca ropy, investuje do technológie na extrakciu vodíka z fosílnych palív a premenu produktu na amoniak. Americká spoločnosť Air Products & Chemicals Inc. v lete podpísala dohodu so saudskou spoločnosťou ACWA Power International a organizáciami zodpovednými za výstavbu budúceho futuristického mesta Neom (2), ktoré chce kráľovstvo postaviť na pobreží Červeného mora. Podľa dohody bude postavená elektráreň na výrobu amoniaku v hodnote XNUMX miliárd dolárov s využitím vodíka poháňaného obnoviteľnými zdrojmi energie.

2. Jedna z vizualizácií futuristického saudskoarabského mesta Neom.

Vodík je známy ako čisté palivo, ktoré pri spaľovaní neprodukuje nič iné ako vodnú paru. Často sa prezentuje ako skvelý zdroj zelenej energie. Realita je však trochu zložitejšia. Celková bilancia emisií vodíka je taká čistá ako palivo použité na jeho výrobu. Pri zohľadnení celkovej emisnej bilancie sú emitované také druhy plynov ako zelený vodík, modrý vodík a sivý vodík. Zelený vodík vyrába sa len z obnoviteľných a bezuhlíkových zdrojov energie. Šedý vodík, najbežnejšia forma vodíka v ekonomike, sa vyrába z fosílnych palív, čo znamená, že nízkouhlíkové vodíkové emisie sú do značnej miery kompenzované výrobným procesom. Modrý vodík je názov pre vodík pochádzajúci iba zo zemného plynu, ktorý má nižšie emisie oxidu uhličitého a je čistejší ako väčšina fosílnych palív.

Amoniak je chemická zlúčenina obsahujúca tri molekuly vodíka a jednu molekulu dusíka. V tomto zmysle „uskladňuje“ vodík a môže byť použitý ako surovina na výrobu „udržateľného vodíka“. Samotný amoniak, podobne ako vodík, pri spaľovaní v tepelnej elektrárni neuvoľňuje oxid uhličitý. Modrá farba v názve znamená, že sa vyrába pomocou zemného plynu (a v niektorých prípadoch aj uhlia). Považuje sa za ekologickejšiu formu výroby energie aj vďaka schopnosti zachytávať a sekvestrovať oxid uhličitý (CCS) počas procesu premeny. Aspoň to ubezpečuje spoločnosť Aramco, ktorá takéto vyrába.

Od modrej po zelenú

Mnohí odborníci sa domnievajú, že vyššie opísaná technika je len prechodným krokom a cieľom je dosiahnuť efektívnu výrobu zeleného amoniaku. Samozrejme, tento sa nebude líšiť chemickým zložením, tak ako sa modrý nelíši chemickým zložením od žiadneho iného čpavku. Ide jednoducho o to, že výrobný proces zelenej verzie bude úplne bez emisií a nebude mať nič spoločné s fosílnymi palivami. Môže to byť napríklad závod na výrobu obnoviteľného vodíka, ktorý sa následne premieňa na čpavok pre jednoduchšie skladovanie a prepravu.

V decembri 2018 zverejnila správu British Energy Transition Commission, „koalícia vedúcich predstaviteľov obchodu, financií a občianskej spoločnosti z rôznych odvetví, ktoré vyrábajú a využívajú energiu“. Misia možná. Úplná dekarbonizácia čpavku do roku 2050 je podľa autorov technicky a ekonomicky realizovateľná, no o pár desaťročí na modrom čpavku nezáleží. Nakoniec bude dominovať zelený amoniak. Je to kvôli vysokým nákladom na zachytenie posledných 10-20% CO, uvádza správa.₂ vo výrobnom procese. Iní komentátori však poukázali na to, že tieto predpovede sú založené na súčasnom stave techniky. Medzitým pokračuje výskum nových metód syntézy amoniaku.

Napríklad Matteo Masanti, inžinier zo spoločnosti Casale SA (člen Asociácie energie amoniaku), predstavil nový patentovaný proces „premeny zemného plynu na amoniak s cieľom znížiť emisie COXNUMX“.₂ do atmosféry až 80 % v pomere k najlepším dostupným technológiám“. Jednoducho povedané, navrhuje nahradiť jednotku CDR (odstraňovanie oxidu uhličitého) používanú na zachytávanie oxidu uhličitého z výfukových plynov po spaľovaní „stratégiou oduhličenia pred spaľovaním“.

Existuje mnoho ďalších nových nápadov. Americká spoločnosť Monolith Materials navrhuje „nový elektrický proces premeny zemného plynu na uhlík vo forme sadzí a vodíka s vysokou účinnosťou“. Uhlie tu nie je odpad, ale látka, ktorá môže mať podobu komerčne hodnotnej komodity. Vodík chce firma skladovať nielen vo forme čpavku, ale napríklad aj v metanole. Existuje aj eSMR, metóda vyvinutá Haldorom Topsoe z Dánska založená na využívanie elektriny vyrobenej z obnoviteľných zdrojov ako dodatočný zdroj procesného tepla v štádiu parného reformovania metánu pri výrobe vodíka v závode na výrobu amoniaku. Očakáva sa zníženie emisií CO₂ na výrobu amoniaku asi 30 %.

Ako viete, aj náš Orlen sa zaoberá výrobou vodíka. O výrobe zeleného amoniaku ako zásobníka energie hovoril na poľskom chemickom kongrese v septembri 2020, t.j. niekoľko dní pred odletom spomínaného transportu do Japonska, Jacek Mendelewski, člen predstavenstva Anwil zo skupiny PKN Orlen. V skutočnosti to tak asi bolo modrý amoniakpodľa vyššie uvedenej klasifikácie. Z tohto vyhlásenia nie je jasné, že tento výrobok už vyrába Anwil, ale dá sa predpokladať, že v Poľsku sa plánuje výroba aspoň modrého čpavku.