Старая химия в новых красках
В конце сентября 2020 года из Саудовской Аравии в Японию отправилась первая в мире партия голубого аммиака (1), который, по сообщениям прессы, должен был использоваться на электростанциях для производства электроэнергии без выбросов углекислого газа. Для непосвященных это может показаться немного загадочным. Появилось ли новое чудо-топливо?
Компания Saudi Aramco, стоящая за этим транспортом, произвела топливо путем конверсии углеводородов (то есть продукты, полученные из нефти) в водород, а затем преобразовать продукт в аммиак с улавливанием побочного продукта двуокиси углерода. Таким образом, аммиак хранит водород, который также называют «голубым», в отличие от «зеленого» водорода, который поступает из возобновляемых источников, а не из ископаемого топлива. Его также можно сжигать в качестве топлива на тепловых электростанциях, что немаловажно, без выбросов углекислого газа.
Почему лучше хранить и транспортирует водород, связанный в аммиаке чем просто чистый водород? «Аммиак легче сжижать — он конденсируется при минус 33 градусах Цельсия — и содержит в 1,7 раза больше водорода на кубический метр, чем сжиженный водород», — говорится в исследовании инвестиционного банка HSBC, поддерживающем новую технологию.
Саудовская Аравия, крупнейший в мире экспортер нефти, инвестирует в технологии извлечения водорода из ископаемого топлива и преобразования продукта в аммиак. Американская компания Air Products & Chemicals Inc. летом подписали соглашение с саудовской компанией ACWA Power International и организациями, ответственными за строительство будущего футуристического города Неом (2), который королевство хочет построить на побережье Красного моря. В соответствии с соглашением, будет построен завод по производству аммиака стоимостью пять миллиардов долларов на основе водорода, работающего на возобновляемых источниках энергии.
2. Одна из визуализаций футуристического саудовского города Неом.
Водород, как известно, является чистым топливом, которое при сгорании не производит ничего, кроме водяного пара. Его часто представляют как прекрасный источник зеленой энергии. Однако реальность немного сложнее. Общий баланс выбросов водорода так же чист, как топливо, используемое для его производства. С учетом общего эмиссионного баланса выделяют такие виды газа, как зеленый водород, голубой водород и серый водород. Зеленый водород он производится с использованием только возобновляемых и безуглеродных источников энергии. Серый водород, наиболее распространенная форма водорода в экономике, производится из ископаемого топлива, а это означает, что выбросы водорода с низким содержанием углерода в значительной степени компенсируются производственным процессом. Голубой водород — это название, данное водороду, полученному только из природного газа, который имеет более низкие выбросы углекислого газа и чище, чем большинство ископаемых видов топлива.
Аммиак представляет собой химическое соединение, содержащее три молекулы водорода и одну молекулу азота. В этом смысле он «хранит» водород и может использоваться в качестве сырья для производства «устойчивого водорода». Сам аммиак, как и водород, при сжигании на ТЭЦ не выделяет углекислого газа. Синий цвет в названии означает, что он производится с использованием природного газа (а в некоторых случаях и угля). Это считается более экологичной формой производства энергии также из-за возможности улавливания и секвестрации углекислого газа (CCS) в процессе преобразования. По крайней мере, так уверяет компания Aramco, производящая такие.
От синего к зеленому
Многие специалисты считают, что описанная выше методика является лишь переходным этапом, а целью является достижение эффективного производства зеленого аммиака. Конечно, этот не будет отличаться по химическому составу, как и синий не отличается по химическому составу от любого другого аммиака. Дело просто в том, что процесс производства зеленой версии будет полностью без выбросов и не будет иметь ничего общего с ископаемым топливом. Это может быть, например, установка по производству возобновляемого водорода, который затем преобразуется в аммиак для облегчения хранения и транспортировки.
В декабре 2018 года был опубликован отчет Британской комиссии по энергетическому переходу, «коалиции лидеров бизнеса, финансов и гражданского общества из разных отраслей, производящих и использующих энергию». Миссия выполнима. По мнению авторов, полная декарбонизация аммиака к 2050 году технически и экономически осуществима, но через несколько десятилетий синий аммиак не будет иметь значения. В конечном итоге это будет доминировать зеленый аммиак. Это связано с высокой стоимостью улавливания последних 10-20% CO, говорится в отчете.2 в производственном процессе. Однако другие комментаторы указали, что эти предсказания основаны на современном уровне техники. Между тем исследования новых методов синтеза аммиака продолжаются.
Например Маттео Масанти, инженер компании Casale SA (член Ассоциации аммиачной энергетики), представил недавно запатентованный процесс «конверсии природного газа в аммиак с сокращением выбросов COXNUMX».2 в атмосферу до 80% по отношению к наилучшим доступным технологиям». Проще говоря, он предлагает заменить блок CDR (удаление углекислого газа), используемый для улавливания углекислого газа из выхлопных газов после сжигания, на «стратегию обезуглероживания перед сжиганием».
Есть много других новых идей. Американская компания Monolith Materials предлагает «новый электрический процесс преобразования природного газа в углерод в форме сажи и водород с высокой эффективностью». Уголь здесь не отходы, а вещество, которое может принимать форму коммерчески ценного товара. Компания хочет хранить водород не только в виде аммиака, но и, например, в метаноле. Существует также eSMR, метод, разработанный Хальдором Топсе из Дании, основанный на использование электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников в качестве дополнительного источника технологического тепла на стадии паровой конверсии метана при производстве водорода на аммиачном заводе. Прогнозируется снижение выбросов CO2 для производства аммиака около 30%.
Как вы знаете, наш Орлен также занимается производством водорода. О производстве зеленого аммиака в качестве накопителя энергии он говорил на Польском химическом конгрессе в сентябре 2020 года, т.е. за несколько дней до отправления вышеупомянутого транспорта в Японию, Яцек Менделевски, член правления Anwil из группы PKN Orlen. На самом деле, вероятно, речь шла о синий аммиакпо описанной выше классификации. Из этого заявления не ясно, что этот продукт уже производится Anwil, но можно предположить, что в Польше есть планы по производству как минимум синего аммиака.
