Stará chemie v nových barvách

Na konci září 2020 byl ze Saúdské Arábie do Japonska odeslán první modrý čpavek na světě (1), který se měl podle tiskových zpráv používat v elektrárnách k výrobě elektřiny bez emisí oxidu uhličitého. Nezasvěcenému se to může zdát trochu záhadné. Existuje nové zázračné palivo?

Saudi Aramco, za transportem, vyrobilo palivo přeměnou uhlovodíků (tj. produkty získané z ropy) na vodík a poté převést produkt na amoniak, zachycující vedlejší produkt oxidu uhličitého. V čpavku se tedy ukládá vodík, který je také označován jako „modrý“ vodík, na rozdíl od „zeleného“ vodíku, který pochází spíše z obnovitelných zdrojů než z fosilních paliv. Může být také spalován jako palivo v tepelných elektrárnách, což je důležité bez emisí oxidu uhličitého.

Proč je lepší skladovat transportuje vodík vázaný v čpavku než jen čistý vodík? „Amoniak se snadněji zkapalňuje – kondenzuje při minus 33 stupních Celsia – a obsahuje 1,7krát více vodíku na metr krychlový než zkapalněný vodík,“ uvádí studie investiční banky HSBC podporující novou technologii.

Saúdská Arábie, největší světový vývozce ropy, investuje do technologie pro extrakci vodíku z fosilních paliv a přeměnu produktu na amoniak. Americká společnost Air Products & Chemicals Inc. v létě podepsala dohodu se saúdskou společností ACWA Power International a organizacemi zodpovědnými za výstavbu budoucího futuristického města Neom (2), které chce království postavit na pobřeží Rudého moře. Podle dohody bude postavena elektrárna na výrobu čpavku v hodnotě XNUMX miliard dolarů s využitím vodíku poháněného obnovitelnými zdroji energie.

2. Jedna z vizualizací futuristického saúdského města Neom.

Vodík je známý jako čisté palivo, které při spalování neprodukuje nic jiného než vodní páru. Často je prezentován jako skvělý zdroj zelené energie. Realita je však trochu složitější. Celková bilance emisí vodíku je stejně čistá jako palivo použité k jeho výrobě. Při zohlednění celkové emisní bilance jsou emitovány takové druhy plynů, jako je zelený vodík, modrý vodík a šedý vodík. Zelený vodík vyrábí se pouze za použití obnovitelných a bezuhlíkových zdrojů energie. Šedý vodík, nejběžnější forma vodíku v ekonomice, se vyrábí z fosilních paliv, což znamená, že nízkouhlíkové emise vodíku jsou z velké části kompenzovány výrobním procesem. Modrý vodík je název pro vodík odvozený pouze ze zemního plynu, který má nižší emise oxidu uhličitého a je čistší než většina fosilních paliv.

Amoniak je chemická sloučenina obsahující tři molekuly vodíku a jednu molekulu dusíku. V tomto smyslu „uchovává“ vodík a lze jej použít jako surovinu pro výrobu „udržitelného vodíku“. Samotný čpavek, stejně jako vodík, při spalování v tepelné elektrárně neuvolňuje oxid uhličitý. Modrá barva v názvu znamená, že se vyrábí za použití zemního plynu (a v některých případech i uhlí). Je považován za zelenější formu výroby energie také díky schopnosti zachycovat a sekvestrovat oxid uhličitý (CCS) během procesu přeměny. Alespoň to ujišťuje společnost Aramco, která takové vyrábí.

Od modré k zelené

Mnoho odborníků se domnívá, že výše popsaná technika je pouze přechodným krokem a cílem je dosáhnout efektivní výroby zeleného čpavku. Tento se samozřejmě nebude lišit chemickým složením, stejně jako se modrý neliší chemickým složením od žádného jiného čpavku. Jde prostě o to, že výrobní proces zelené verze bude zcela bez emisí a nebude mít nic společného s fosilními palivy. Může to být například závod na výrobu obnovitelného vodíku, který se následně přeměňuje na čpavek pro snadnější skladování a přepravu.

V prosinci 2018 zveřejnila zprávu British Energy Transition Commission, „koalice vedoucích představitelů obchodu, financí a občanské společnosti z různých odvětví, která vyrábějí a využívají energii“. Mise možná. Úplná dekarbonizace čpavku do roku 2050 je podle autorů technicky i ekonomicky proveditelná, ale modrý čpavek za pár desítek let nebude vadit. Nakonec bude dominovat zelený amoniak. Je to kvůli vysokým nákladům na zachycení posledních 10–20 % CO, uvádí zpráva.₂ ve výrobním procesu. Jiní komentátoři však poukázali na to, že tyto předpovědi jsou založeny na současném stavu techniky. Mezitím pokračuje výzkum nových metod syntézy amoniaku.

Například Matteo Masanti, inženýr ze společnosti Casale SA (člen Asociace pro energii amoniaku), představil nově patentovaný proces „přeměny zemního plynu na amoniak za účelem snížení emisí COXNUMX“.₂ do atmosféry až 80 % ve vztahu k nejlepším dostupným technologiím“. Jednoduše řečeno navrhuje nahradit jednotku CDR (odstranění oxidu uhličitého) používanou k zachycování oxidu uhličitého z výfukových plynů po spalování „strategií oduhličení před spalováním“.

Existuje mnoho dalších nových nápadů. Americká společnost Monolith Materials navrhuje „nový elektrický proces přeměny zemního plynu na uhlík ve formě sazí a vodíku s vysokou účinností“. Uhlí zde není odpad, ale látka, která může mít podobu komerčně cenného zboží. Vodík chce firma skladovat nejen ve formě čpavku, ale také například v metanolu. Existuje také eSMR, metoda vyvinutá Haldorem Topsoe z Dánska založená na využití elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů jako doplňkový zdroj procesního tepla ve fázi parního reformování metanu při výrobě vodíku v závodě na výrobu amoniaku. Předpokládá se snížení emisí CO₂ na výrobu čpavku asi 30 %.

Jak víte, náš Orlen se zabývá také výrobou vodíku. O výrobě zeleného čpavku jako zásobníku energie hovořil na Polském chemickém kongresu v září 2020, tzn. několik dní před odjezdem zmíněného transportu do Japonska, Jacek Mendelewski, člen představenstva Anwil ze skupiny PKN Orlen. Ve skutečnosti to tak pravděpodobně bylo modrý amoniakpodle výše uvedené klasifikace. Z tohoto prohlášení není zřejmé, že tento výrobek již vyrábí Anwil, ale lze předpokládat, že v Polsku se plánuje výroba alespoň modrého čpavku.