Oude chemie in nieuwe kleuren

Eind september 2020 vertrok 's werelds eerste lading blauwe ammoniak (1), die volgens persberichten in energiecentrales zou worden gebruikt om elektriciteit te produceren zonder COXNUMX-uitstoot, vanuit Saoedi-Arabië naar Japan. Voor niet-ingewijden lijkt dit misschien een beetje mysterieus. Is er een nieuwe wonderbrandstof?

Saudi Aramco, het bedrijf achter dit transport, produceerde brandstof door koolwaterstofconversie (dat wil zeggen producten afgeleid van aardolie) in waterstof en zet het product vervolgens om in ammoniak, waarbij het bijproduct van kooldioxide wordt opgevangen. Ammoniak slaat dus waterstof op, ook wel ‘blauwe’ waterstof genoemd, in tegenstelling tot ‘groene’ waterstof, die afkomstig is van hernieuwbare bronnen in plaats van fossiele brandstoffen. Het kan ook worden verbrand als brandstof in thermische energiecentrales, wat belangrijk is, zonder kooldioxide uit te stoten.

Waarom is het beter om op te slaan en transporteert waterstof gebonden in ammoniak dan alleen pure waterstof? “Ammoniak is gemakkelijker vloeibaar te maken – het condenseert bij min 33 graden Celsius – en bevat 1,7 keer meer waterstof per kubieke meter dan vloeibaar gemaakte waterstof”, zegt investeringsbank HSBC in een onderzoek dat de nieuwe technologie ondersteunt.

Saudi-Arabië, 's werelds grootste olie-exporteur, investeert in technologie om waterstof uit fossiele brandstoffen te halen en het product om te zetten in ammoniak. Amerikaans bedrijf Air Products & Chemicals Inc. In de zomer tekenden ze een overeenkomst met het Saoedische bedrijf ACWA Power International en de organisaties die verantwoordelijk zijn voor de bouw van de toekomstige futuristische stad Neom (2), die het koninkrijk aan de kust van de Rode Zee wil bouwen. Volgens de overeenkomst zal er een op waterstof gebaseerde ammoniakfabriek ter waarde van $ XNUMX miljard worden gebouwd, aangedreven door hernieuwbare energie.

2. Een van de visualisaties van de futuristische Saoedische stad Neom.

Het is bekend dat waterstof een schone brandstof is die bij verbranding alleen maar waterdamp produceert. Het wordt vaak gepresenteerd als een uitstekende bron van groene energie. De realiteit is echter iets ingewikkelder. Het totale saldo van de waterstofemissies is net zo schoon als de brandstof die wordt gebruikt om het te produceren. Rekening houdend met de totale emissiebalans worden gassoorten als groene waterstof, blauwe waterstof en grijze waterstof onderscheiden. Groene waterstof het wordt uitsluitend geproduceerd met behulp van hernieuwbare en koolstofvrije energiebronnen. Grijze waterstof, de meest voorkomende vorm van waterstof in de economie, wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen, wat betekent dat de uitstoot van koolstofarme waterstof grotendeels wordt gecompenseerd door het productieproces. Blauwe waterstof is de naam die wordt gegeven aan waterstof die uitsluitend uit aardgas wordt geproduceerd, dat een lagere COXNUMX-uitstoot heeft en schoner is dan de meeste fossiele brandstoffen.

Ammoniak is een chemische verbinding die drie moleculen waterstof en één molecuul stikstof bevat. In die zin ‘slaat’ het waterstof op en kan het gebruikt worden als grondstof voor de productie van ‘duurzame waterstof’. Ammoniak zelf stoot, net als waterstof, geen kooldioxide uit bij verbranding in een thermische energiecentrale. De blauwe kleur in de naam betekent dat het wordt geproduceerd met behulp van aardgas (en in sommige gevallen steenkool). Het wordt beschouwd als een groenere vorm van energieproductie, mede vanwege het vermogen om kooldioxide (CCS) op te vangen en vast te leggen tijdens het conversieproces. Dat zegt tenminste Aramco, het bedrijf dat ze produceert.

Van blauw naar groen

Veel experts zijn van mening dat de hierboven beschreven methode slechts een overgangsfase is en dat het doel is om een ​​efficiënte productie van groene ammoniak te bereiken. Uiteraard zal dit qua chemische samenstelling niet verschillen, net zoals blauw qua chemische samenstelling niet verschilt van andere ammoniak. Het simpele feit is dat het productieproces voor de groene versie hetzelfde zal zijn volledig emissievrij en zal niets met fossiele brandstoffen te maken hebben. Dit kan bijvoorbeeld een fabriek zijn die duurzame waterstof produceert, die vervolgens wordt omgezet in ammoniak, zodat opslag en transport eenvoudiger wordt.

In december 2018 werd een rapport gepubliceerd door de Britse Energy Transition Commission, “een coalitie van leiders uit het bedrijfsleven, de financiële wereld en het maatschappelijk middenveld uit alle sectoren die energie produceren en gebruiken.” Onmogelijke missie. Volgens de auteurs is het volledig koolstofvrij maken van ammoniak in 2050 technisch en economisch haalbaar, maar zal blauwe ammoniak over enkele decennia niet meer relevant zijn. Het zal uiteindelijk domineren groene ammoniak. Dit komt door de hoge kosten voor het opvangen van de laatste 10-20% CO, aldus het rapport.₂ in het productieproces. Andere commentatoren hebben echter aangegeven dat deze voorspellingen gebaseerd zijn op de stand van de techniek. Ondertussen gaat het onderzoek naar nieuwe methoden voor de ammoniaksynthese door.

Bij voorbeeld Matteo Masanti, een ingenieur bij Casale SA (lid van de Ammonia Energy Association), presenteerde een nieuw gepatenteerd proces voor “het omzetten van aardgas in ammoniak met COXNUMX-emissiereductie.”₂ tot 80% in de atmosfeer terechtkomen vergeleken met de beste beschikbare technologieën." Simpel gezegd stelt hij voor om de CDR-eenheid (kooldioxideverwijdering) die wordt gebruikt om na verbranding kooldioxide uit uitlaatgassen op te vangen, te vervangen door een ‘strategie voor het koolstofvrij maken vóór de verbranding’.

Er zijn nog veel meer nieuwe ideeën. Het Amerikaanse bedrijf Monolith Materials biedt "een nieuw elektrisch proces aan om aardgas met hoog rendement om te zetten in koolstof in de vorm van roet en waterstof." Steenkool is geen afvalproduct, maar een stof die de vorm kan aannemen van een commercieel waardevol goed. Het bedrijf wil waterstof niet alleen opslaan in de vorm van ammoniak, maar bijvoorbeeld ook in methanol. Er is ook eSMR, een methode ontwikkeld door Haldor Topsoe uit Denemarken, gebaseerd op gebruik van elektriciteit opgewekt uit hernieuwbare bronnen als extra bron van proceswarmte in het stadium van de stoomreforming van methaan tijdens de waterstofproductie in een ammoniakfabriek. Verwachte reductie van de COXNUMX-uitstoot₂ voor de ammoniakproductie ongeveer 30%.

Zoals u weet is onze Orlen ook betrokken bij de waterstofproductie. Hij sprak op het Poolse Chemische Congres in september 2020 over de productie van groene ammoniak als energieopslagapparaat. enkele dagen voor het vertrek van bovengenoemd transport naar Japan, Jacek Mendelevski, lid van de raad van bestuur van Anwil van de PKN Orlen groep. In feite was het waarschijnlijk ongeveer blauwe ammoniakvolgens de hierboven beschreven classificatie. Uit deze verklaring blijkt niet duidelijk dat dit product al door Anwil wordt geproduceerd, maar aangenomen kan worden dat er plannen zijn om in ieder geval blauwe ammoniak in Polen te produceren.