Energia és mobilitás zöld szemszögből

Az ammónia alapú gazdaság lehetősége

2020. május 21. • írta: ZöldEnergia

Egyre szélesebb körben elfogadott tézis az, hogy az ammónia a jelenleginél is fontosabb szerepet tölt majd be a jövőben, hiszen megújuló energiaforrásként is hasznosítható. A lehetséges felhasználási módok közül a teherfuvarozás, áramtermelés és a megosztott energiatárolás területén folyik jelentős fejlesztés jelenleg. Ha megfelelő mennyiségben tudjuk majd előállítani, az ammonia alapú közlekedés fontos eleme lehet a teljes transport szektor energiaigényének folyékony üzemanyagokkal való ellátásában, a Joule szaklapban megjelent új cikk szerint.

Az ammónia alapú gazdaság több generációs technológiai fejlődésen kell, hogy keresztül menjen ehhez. A jelenleg is használt, úgynevezett Haber-Bosch eljáráson alapuló technológiák képviselik az első generációt, amelyek továbbfejlesztése adja majd a másodikat. A harmadik generációs technológiák várhatóan szakítanak a mostani eljárással, és várhatóan közvetlen elektrokémiai nitrogén redukció segítségével fogják az ammóniát előállítani. A harmadik generációs technológiához vezető út azonban nagyszámú kitérőt rejteget a mostani kutatások szerint. Emiatt is fontos számba venni az alternatív kutatási irányokat, és elemezni a hosszútávon várhatóan létképes, megújuló energiából gyártott ammónia alapú gazdaság lehetőségét.

A megújuló energiaforrásokat kiaknázó technológiák fejlődése az elmúlt évtized során nyilvánvalóvá tette, hogy ezen technológiák széleskörű térnyerésének az útjában egyre inkább az áll, hogy a megtermelt energiát nem tudjuk kezelhetően tárolni és megfelelően elosztani. Az akkumulátor alapú energiatárolás ugyan megoldást jelent bizonyos esetekben, de az igazán nagy volumenű alkalmazások esetében (pl. közlekedés) vagy az energiatermeléshez képest a kitermelt energia számottevő mennyiségben "más helyen és más időben" történő felhasználását nem teszik lehetővé.

Ahhoz, hogy a kitermelt energiát nagy mennyiségben tengeren vagy csővezetéken tudjuk szállítani, azt legkedvezőbb esetben "folyékony" formában kellene tudnunk tárolni. Emiatt igencsak fontosak azok az eljárások, amelyek segítségével a kitermelt energiát könnyen, költségtakarékosan, környezetszennyezés mentesen és visszafordíthatóan tudjuk nagy energiasűrűségű folyadék halmazállapotú anyagokba átalakítani és azokból visszanyerni. Egy technológiai áttörés ezen a területen óriási előrelépést tenne lehetővé a megújuló energiaforrások további kiaknázása területén.

Az elmúlt évtizedek alatt néhány lehetőség már körvonalazódni látszik, mint például a folyékony hidrogén (H2), folyékony szerves hidrogéntároló anyagok, a különböző szén-dioxid redukálási eljárások vagy a folyékony ammónia (NH3) alapú megoldások. Mindegyiknek vannak előnyei és hátrányai is, beleértve a gyártás és felhasználás során jelentkező biztonsági kockázatokat is.

Az ammónia alapú energiatárolás egyre több figyelmet kap. A szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú ammónia már kb. 10 bar nyomáson, vagy –33 Celsius fokra lehűtve cseppfolyósítható. Az ipari alkalmazásoknak köszönhetően a cseppfolyós ammónia tárolása és szállítása már megoldott feladatnak tekinthető. Évente kb. 175 millió tonna ammóniát állít elő a vegyipar — összehasonlításképpen az éves LPG termelés kb. 300 millió tonnát tesz ki —, amelynek teljes értéke nagyjából 70 milliárd dollárnak felel meg. Az ammónia elsődleges felhasználási területe a műtrágyagyártás, emellett felhasználják még a vegyiparban más nyersanyagok előállítására vagy robbanószerek készítésére, de ez utóbbiakra csak a teljes ammónia mennyiség töredékét.

Az ipari szintű ammóniagyártás kulcsa a több mint 100 éve Haber és Bosch által felfedezett ipari eljárás, amely a mai népességet eltartani képes mezőgazdasági fejlődés kulcsa volt, és amely segítségével a modern vegyipar és gyógyszeripar is kifejlődhetett. Ezen eljárás során a felhasznált hidrogént kőszénből vagy kőolajból gyártják. A hidrogént nitrogénnel kell reagáltatni az ammónia előállításához. Ezt a nitrogént levegőből gyártják a levegő cseppfolyósítása során. Az ammóniagyártás fő reakciója 400 °C felett és legalább 200 bar nyomáson indul be, emiatt a gyártáshoz szükséges berendezések drágák és azok üzemeltetése rendkívül energia igényes. A jelenlegi ammónia gyártás a teljes szén-dioxid kibocsátás legalább 1,4%-ért felel.

Az elmúlt évtizedben egyre nő az igény arra, hogy a Haber-Bosch eljárás során megújuló energiaforrás alapú hidrogént használjanak fel, amelyet pl. víz elektrolízisével nap- vagy szélenergia alapú áram segítségével is elő lehet állítani. Az ilyen ammónia (feltéve, hogy a nitrogén előállításához is megújuló energiaforrásokat használnak fel) lehet az alapja a fent említett energiatárolási és felhasználási alkalmazásoknak, feltéve, hogy a teljes ciklushoz (gyártás és felhasználás) tartozó költségek megfelelőek.

Az ammónia többféle módon felhasználható az iparban. A legfontosabb szerepben az ammónia mint hidrogén tároló anyag szerepel, hiszen az ammónia viszonylag könnyen és biztonságosan bontható vissza alkotóelemeire: nitrogénre és hidrogénre. Az elmúlt években azonban az ammónia közvetlen felhasználását is egyre többen vizsgálják, akár üzemanyagként is. Ez történhet a teherszállításban (teherautók, buszok, stb.), hajókban, de áramtermelő generátorokban, közvetlen ammónia üzemanyagcellákban, turbinákban vagy akár repülőgépek sugárhajtású motorjaiban is.

Ilyen szempontból az folyékony ammónia képes lenne a mostani folyékony szénhidrogén alapú üzemanyagokat kiváltani, szinte az összes jelenlegi alkalmazási területen. Mivel az ammónia "égetése" során csak víz és nitrogén keletkezik, a kipufogógáz szén-dioxid mentes marad. Ennek köszönhetően egy teljesen szénmentes energiakörforgalom alakítható ki, megteremtve az ammónia alapú gazdaság lehetőségét.

A fenti Joule cikk számba veszi a mostani és jelenleg még fejlesztés alatt álló ammónia gyártási eljárásokat, beleértve a közvetlen elektrokémiai úton történő nitrogén redukálási reakciót is. A cikk a széleskörű felhasználás útjában álló akadályokat is feltérképezi, beleértve a bolygó-szintű nitrogén egyensúly sajátosságait is, a lehetséges megoldásokkal együtt. Ezek megértése igen fontos a széleskörű alkalmazás esetén, hiszen az emberi tevékenység által előállított ammóniának megfelelően kell illeszkedni ebbe a nitrogén alapú anyag körforgásba.

9 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://zoldenergia.blog.hu/api/trackback/id/tr6815710330

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

molnibalage 2020.05.21. 10:29:54

És mennyi ezen folyamatok hatásfoka...?

ZöldEnergia 2020.05.21. 12:38:19

@molnibalage: A cikk szerint a H-B eljárás hatásfoka kb. 65% körül van. Az újabb eljárások (Haldor Topsoe, Siemens) 75% fölé szeretnék ezt vinni. A cikk rengeteg adatot tartalmaz, érdemes végigolvasni, ha van hozzáférésed.

Kurt úrfi teutonordikus vezértroll 2020.05.21. 20:33:33

Kicsit akadékoskodnék. Laborban én már kaptam el elájuló kollégát aki vett egy slukkot a tömény ammóniából véletlenül. Nem hiszem hogy lehet olyasmit alkalmazni üzemanyagnak, amiből egy lélegzetvétel kiüt.

apro_marosan_petergabor 2020.05.21. 21:34:02

Ez a fordítás elég szörnyű lett. Egy kicsit lehetett volna tömöríteni is, lévén elég redundáns a szöveg...
De:
- már mások is megírták, az ammónia nincsen ingyen (+ energia az előállítása)
- eddig kevés ammónia motort láttunk
- hirtelen elképzelem, az összes pesti robbanómotoros autót ammónia hajtással...
Minden igyekezet ellenére az üzemanyag tankok, motorok (kutak) kicsit párolognának. Nem tudom, hogy a szerző szagolt-e már ammóniát?
Ha jégpályára máész ott is van ehhez szerencséd. Szerintem nem. Mert akkor nem erőltetné ezt a dolgot.
Egy balesetről ne beszéljünk - tömeghalál.
- Másrészt odavagyunk, hogy a diesel motorok NO2-t produkálnak, kéretlenül. Meg lennék lepve, ha az ammonia motorok nem tennék ezt...
Szóval elég reménytelennek gondolom ezt az ügyet...

Kurt úrfi teutonordikus vezértroll 2020.05.21. 21:59:08

Ha ammónia szivárgás van valahol, kivonul a katasztrófavédelem. Egyéb kérdés?

apro_marosan_petergabor 2020.05.21. 23:03:33

Remélem ez az ötlet megmarad fiók-tervnek.

Kurt úrfi teutonordikus vezértroll 2020.05.22. 09:54:06

@apro_marosan_petergabor: És mivel kennék az ammónia alapú robbanómotort? Apróság, de erről nem beszélnek. A nitrogénoxid gyökök vajon hogy reagálnának a kenőolajjal? Mert erről is hallgatnak.

ZöldEnergia 2020.05.22. 10:33:42

@apro_marosan_petergabor: A posztok nem fordításnak készülnek, bár próbáljuk követni a cikkben írtakat, ha más nem, inspiráció szintjén. Amint bejelentkezünk egy angol (szak)fordítási versenyre, és te bíró leszel ott, szívesen vesszük majd az építő jellegű hozzászólásokat.

Szagoltam már ammóniát, de ettől függetlenül érdekesnek tartom az ilyen irányú törekvéseket. Száz-százhúsz évvel ezelőtt pont ugyanezt mondták a benzinről is (büdös is, kihal tőle minden, felrobban, stb.), aztán mégis megoldottuk a dolgot.

A világ meg nem attól halad előre, ha azt hajtogatjuk, egy dolog miért nem fog úgyse működni... de lehet, hogy rosszul látom.

molnibalage 2020.05.22. 11:07:43

Az egész probléma megint ott kezdődik, hogy a megújuló áramot teszik mögé. Ipari folyamatokat nem lehet intermittens forrásokról tolni. Tehát akkor ez megint arról szól, hogy van a gridet szétcsesző "zöld" áram és vért izzadva próbálják egy n+1-dik bullshit ötlettel valahogy életképesnek mutatni őket.