Met de zorgen over klimaatverandering in het achterhoofd, is de wereld wanhopig om zo snel mogelijk tot nul COXNUMX-uitstoot te komen. Terwijl directe elektrificatie populair wordt voor reguliere personenauto's, is het nog niet praktisch voor meer energie-intensieve toepassingen zoals vliegtuigen of intercontinentale scheepvaart. Zo is er gezocht naar schonere vervangers voor conventionele fossiele brandstoffen.
Waterstof wordt het meest genoemd, wenselijk vanwege het feit dat het zeer schoon brandt. Het enige belangrijkste verbrandingsproduct is water, hoewel de verbranding ervan bij verbranding met lucht enkele stikstofoxiden kan genereren. Waterstof moet echter nog massaal aanslaan, grotendeels als gevolg van problemen rond transport, opslag en productie.
Dit zou echter allemaal kunnen veranderen met behulp van één chemische stof uit de tuin: ammoniak. Ammoniak komt nu naar voren als alternatieve oplossing. Het wordt vaak genoemd als een mogelijke manier om waterstof in een alternatieve chemische vorm op te slaan en te transporteren, aangezien de formule bestaat uit één stikstofatoom en drie waterstofatomen. ammoniak wordt beschouwd als een brandstof op zich.
Laten we eens kijken hoe dit veelvoorkomende schoonmaakproduct deel zou kunnen uitmaken van een nieuwe energierevolutie.
Een schone verbranding
Net als waterstof is ammoniak ontvlambaar. Het bevat ook geen koolstof, dus het produceert geen koolstofdioxide tijdens de verbranding. Het heeft qua volume een veel betere energie-inhoud, bijna het dubbele van die van waterstof, hoewel slechts een derde zoveel als diesel. Het is ook veel gemakkelijker op te slaan dan waterstof; het is vloeibaar bij slechts -33°C, in vergelijking met vloeibare waterstof die bij -253°C moet worden bewaard. Bovendien heeft ammoniak niet hetzelfde opslagprobleem als waterstof, dat door kleine openingen in bijna elk materiaal kan kruipen, vaak beschadigen ze in het proces.
De zorg gaat over het schoon krijgen van deze brandstof. Momenteel wordt ammoniak gemaakt met behulp van de Haber-Bosch-proces, die waterstof en stikstof combineert om ammoniak te maken. Fossiele brandstoffen worden meestal gebruikt als een bron van waterstof. In een proces dat stoomreformatie wordt genoemd, wordt methaan uit aardgas omgezet in waterstof, maar het proces gaat gepaard met aanzienlijke kooldioxide-emissies. In feite maakt de ammoniakproductie momenteel ongeveer 1% uit van de wereldwijde koolstofemissies.
Groene ammoniak is de oplossing, waarbij de waterstof op een schonere manier wordt aangevoerd. Hierbij wordt meestal waterstof gebruikt die wordt opgewekt door water te splitsen met hernieuwbare energiebronnen zoals windenergie of zonne-energie. Dit maakt de productie van ammoniak mogelijk met veel minder uitstoot van kooldioxide, wat anders zijn potentieel als schonere brandstof zou verpesten.
Voor verzending
De scheepvaart is verantwoordelijk voor 2.5% van de wereldwijde uitstoot van kooldioxide. Er wordt al lang geprobeerd om de emissievoetafdruk van de scheepvaart te verkleinen over de hele linie, en ammoniak zou het nieuwste hulpmiddel in die strijd kunnen zijn.
Helaas betekenen de unieke verbrandingseigenschappen van ammoniak dat het geen vervanging is voor bestaande scheepsbrandstoffen. Deze omvatten doorgaans diesels en zware stookolie die worden gebruikt om gigantische zuigermotoren met lage snelheid aan te drijven, hoewel vloeibaar aardgas populair wordt als een iets groener alternatief.
Zo wordt er gewerkt aan de ontwikkeling van scheepsmotoren die ammoniak als brandstof kunnen gebruiken. MAN heeft ontwikkeld een tweetakt scheepsmotor die op ammoniak loopt, en er zijn al plannen om de motor aan te drijven tankers . als bulkcarriers en containerschepen. Het bedrijf werkt aan een retrofitpakket om ook oudere schepen op ammoniak te laten varen.
Ammoniak biedt ook enkele unieke uitdagingen buiten de motor zelf. Dankzij de lagere energiedichtheid in vergelijking met diesel, zou een schip dat conventioneel een 1,000 m3 brandstoftank zou in plaats daarvan 2,755 m . nodig hebben3 om in plaats daarvan zo ver te gaan met ammoniak. Het verslaat echter nog steeds waterstof of batterijen als mogelijke opties, waarvoor 4,117 m . nodig zou zijn3 en 14,000 m3 dezelfde energie op te slaan.
Zoals met de meeste nieuwe brandstoffen, is er ook het probleem van de infrastructuur. Weinig tot geen havens bieden momenteel ammoniak in bulk aan als brandstof, en het is niet echt praktisch om je scheepsmaat naar de plaatselijke supermarkt te sturen om duizenden flessen schoonmaakmiddel op te halen om de motor te laten draaien. Als ammoniakmotoren echter in de praktijk goed werken, is de kans groot dat het zal aanslaan en dat de scheepvaartindustrie een duw in de richting van het reguliere gebruik van de schonere brandstof zal beginnen.
Voor energiecentrales
” data-medium-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/09/JERA-2050-roadmap.png?w=400″ data-large-file=”https://hackaday .com/wp-content/uploads/2022/09/JERA-2050-roadmap.png?w=800″ loading=”lazy” class=”size-medium wp-image-554395″ src=”https://hackaday .com/wp-content/uploads/2022/09/JERA-2050-roadmap.png?w=400″ alt width=”400″ height=”189″ srcset=”https://hackaday.com/wp-content /uploads/2022/09/JERA-2050-roadmap.png 1086w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/09/JERA-2050-roadmap.png?resize=250,118 250w, https:/ /hackaday.com/wp-content/uploads/2022/09/JERA-2050-roadmap.png?resize=400,189 400w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/09/JERA-2050- roadmap.png?resize=800,378 800w” maten=”(max-breedte: 400px) 100vw, 400px”>
Japan onderzoekt het gebruik van ammoniak als meeverbrandingsbrandstof voor kolencentrales. Het is de bedoeling om 20% ammoniakgehalte per verbrandingswaarde toe te voegen aan de brandstof in deze installaties om de COXNUMX-uitstoot te verminderen. Zoals bij vele andere projecten voor schonere brandstof, beginnen met een blend is technologisch minder uitdagend en verlicht ook de druk op de toeleveringsketens. De technologie zal in 2023 worden getest en men hoopt dat de 20% gemengde brandstof in 2025 klaar zal zijn voor praktisch gebruik. Op de langere termijn hoopt men dat 100% ammoniakverbranding kan worden gebruikt voor energieopwekking, maar dat doel is gesteld voor 2040 of verder.
Een koolstofvrije brandstof voor energieopwekking zou een handig hulpmiddel zijn om hernieuwbare energiebronnen te ondersteunen die niet XNUMX uur per dag beschikbaar zijn. Ammoniakverbranding veroorzaakt echter nog steeds stikstofoxiden en is dus niet zo schoon als opties zoals zonne- en windenergie.
Het gebruik van ammoniak voor energieopwekking zal de vraag van Japan naar de chemische stof aanzienlijk doen toenemen. Japan gebruikte in 1.1 slechts 2019 miljoen ton ammoniak. Om de doelstelling van 20% co-verbranding met ammoniak, vastgesteld voor het midden van de jaren 2030, te halen, zou Japan 20 miljoen ton ammoniak per jaar nodig hebben. Dat is ongeveer de totale hoeveelheid ammoniak die momenteel op de wereldmarkt wordt verhandeld, dus gewoon meer kopen is geen optie.
Er zijn plannen om tegen 3 op te schalen tot 2030 miljoen ton in de binnenlandse toeleveringsketen. Het is de bedoeling om dat verder op te drijven tot 30 miljoen ton in 2050. geïmporteerd uit het buitenland, waarbij de industrie de mogelijkheden onderzoekt om nieuwe terminals te bouwen voor verzending in honderdduizenden tonnen per jaar over zee.
Op zoek naar de toekomst
Wil ammoniak in de toekomst aanslaan als schonere brandstof, dan moeten er meerdere dominostenen in zijn voordeel vallen. Er moeten enorme productiefaciliteiten worden uitgerold om ammoniak schoon en uit hernieuwbare energiebronnen te produceren. De infrastructuur voor opslag en verzending moet volgen en de prestaties van de brandstof moeten in de echte wereld worden bevestigd. Het zou ook kostenconcurrerend moeten zijn met opties voor hernieuwbare energie, zoals directe elektriciteit uit zon en wind, wat een moeilijke opgave is in de netstroomruimte.
Mensen voelen zich echter vertrouwd en veilig als het gaat om het verbranden van brandstoffen voor energie, en er zijn geweldige praktische aspecten voor vloeibare brandstoffen die alternatieve oplossingen nog moeten evenaren. Ammoniak zou dus een ster kunnen worden in de opmars van de mensheid naar een schonere energietoekomst.
Bannerfoto: “Osaka Japan” door Pedro Szekely
