在明尼苏达州,有研究农场的风力涡轮机,如火如荼的时候,有一个惊人的低碳足迹。风驱动化工厂氨,这不仅可以传播作为肥料在涡轮机,而且燃料实验拖拉机,non-windy天储存能量,很快将热干他们的谷物的谷仓。没有产生二氧化碳。
“农业深脱碳,你切换到绿色的氨,”迈克尔·里斯说,明尼苏达大学的主任项目。该大学的研究表明,使用绿色氨(“绿色”,它是由可再生能源)为肥料,燃料,热可以降低农业碳足迹高达90%的玉米和粮食作物。“这是变革,”里斯说。
提倡的选择,零碳液体燃料看到绿色氨的扩张远远超出了农场。他们预测一个巨大的新市场对绿色氨作为燃料,最终超过地球已经是巨大的(增长)对氨作为肥料的需求。2021年国际能源机构报告预测,到2050年达到零排放,氢燃料(包括氨)应该占近30%的运输燃料,到2050年,从今天基本上为零。该报告预测,生物燃料汽车将运行在电池和飞机,但氨将是至关重要的航运业,目前负责3%的全球温室气体排放,努力快速削下来。
几个国家已计划使用绿色氨存储和可再生能源出口盈余。
氨也是顶尖高手的对决来存储和运输能源与可再生能源发电厂,电力可用它所需的时间和地点。想法是利用可再生能源生产绿色氨来自非化石燃料,由管道或船寄出去,烧掉它与涡轮电力生产工厂定制的氨上运行。电池是有效的,他们最适合几小时或几天内存储少量的电力;2020年牛津能源研究所报告得出结论,为大规模、长期能源存储、液氨是很难被超越的。国家包括日本、澳大利亚、荷兰和英国国家计划使用绿色氨储存可再生能源(出口)的盈余。
总之,化学家道格拉斯·麦克法兰在墨尔本莫纳什大学,澳大利亚预计,氨产量将上升100倍几十年来。
现在,然而,氨生产绿色。目前全球每年产生一个巨大的1.75亿吨氨,主要用作肥料,雇佣一个能源密集型,世纪工业过程产生大量的温室气体:行业负责大约全球2%的碳排放量,使其成为世界上最脏的。
明尼苏达大学的研究与推广中心,中西部一个试验工厂生产氨使用风能。大卫汉森,明尼苏达大学的推广服务
这将需要改变如果氨是成为全球气候变化解决方案的一部分。确保所有这些氨是绿色,而不是脏,是一项艰巨的任务。当然,氨的储存风能和太阳能生产可再生能源的使用。但填充燃料和肥料的需求将意味着更多的可再生能源上。氨厂需要改变——甚至重塑他们的生产系统。和引擎需要重新配置上运行新的液体燃料。一路上,生产者和使用者将不得不克服的障碍:氨是有毒的,并且燃烧它可以产生一个更强有力的温室气体二氧化碳。
“这不会在一夜之间发生,麦克法兰说。
纯氢(H2)曾经吹捧为未来的燃料。但作为液体氢问题:它需要大约-250摄氏度的低温下;作为天然气需要存储在高压下;在空气中,这是爆炸性的。氨(NH3),另一方面,是易于储存液体和仍然包,大约有一半传统化石燃料的能量密度。尽管氨是有毒的,世界上已经有了一个庞大的系统,存储和运输。说,“这标志着所有盒子吉米·法里亚大学的一位化学工程师在荷兰特文特绘制出氨的优势。
传统的、廉价的方式使氨是从天然气使用蒸汽(带氢产生二氧化碳作为一个副产品),然后把这个氢与空气中的氮在高压力和成百上千摄氏度的高温。这个过程称为Haber-Bosch过程后,诺贝尔奖得主,化学家发明了它在1900年代早期,通常释放近2吨二氧化碳每吨氨可用到大气中。
在路易斯安那州一个绿色的合成氨装置预计到2023年生产20000吨/年。
最简单的方式削减排放氨生产是天然气的方程,而是使氢通过分裂水与电力来自可再生能源。其余的不变,哈勃-博施方法由可再生电力。这是明尼苏达州的工厂,位于中西部大学的研究和推广中心的莫里斯,做当它于2013年开业,这是现在许多其他商业活动计划。“这是一个非常动态的领域;每天都有新闻,”麦克法兰说。
自2018年以来,实验风力绿色氨植物运行在英国和日本。在美国,CF产业-世界最大电流的氨生产商计划在Donaldsonville旗舰绿色合成氨装置,路易斯安那州2023年生产20000吨/年。在澳大利亚,亚拉公司皮尔巴拉合成氨装置目标是每年生产3500吨绿色氨在2022年底,扩展到2030年,50倍。最大的项目书计划在沙特阿拉伯:工厂预计在2025年开始营业,旨在使每年120万吨绿色氨。这些植物耗能相当厉害,需要专门的风力或太阳能发电厂的发电,麦克法兰说。
一个绿色的氨试点项目在日本福岛可再生能源研究所。FREA
尽管一系列活动,这还只是一小部分当前全球每年生产1.75亿吨氨。需要的10000使植物促进全球生产100倍。法利说,这种扩张有风险,包括意外泄漏的氨气甚至与高度盐环境污染,海水淡化需要让所有的副产品氢水对绿色。
这种扩大“可行的”使用可用的技术,说法,但是贵。根据牛津报告,氨在美国今天在一个大工厂使用化石燃料产生氨比电便宜73%。成本在很大程度上取决于当地的电价,法里亚指出,市场正在迅速改变。
风能和太阳能的成本下降”大大在过去七年左右,”法利亚说。最终,他说,绿色的氢便宜或更便宜——问题是当比肮脏的东西。让绿色氨足够快,足够大,政府的政策可能会需要帮助补贴绿色氢和鼓励的规模经济,化学工程师说Prodromos Daoutidis,与瑞茜明尼苏达大学。在此之前,有一个危险,航运等行业,希望利用氨作为燃料最终将使用‘脏’氨对权力,只是从一个行业转移排放(航运)到另一个(氨生产)。
与此同时,生产技术也将提前。改善Haber-Bosch并不容易——这是一个建立和高效的技术,Daoutidis说。但还有回旋的余地。里斯和他的合作者了1000万美元从美国能源部建立一个试验工厂测试两个创新:一个新的和改进的催化剂,把氨的吸收盐的过程。他们希望,这些因素将减少资本成本和高压力的必要性。
电力公司正在开发氨对电力生产运行的发电机。
麦克法兰是押注更戏剧性的变化。而不是仅仅交换氢的来源或摆弄细节,他设想一个全新的方式使氨。这个想法是生产氨直接在一个电化学的电池,无需使氢作为原料。这种所谓的“第三代”技术被证明是一个难以破解的化学螺母经过多年的工作。“这仍然是非常具有挑战性的,”法利亚说。麦克法兰的创业公司,木星离子,旨在达到目的与细胞利用类似的电解质在锂电池。
与哈伯博世植物,这样的电化学系统将小,易于打开和关闭;一个集装箱的大小可以每天大量的绿色的氨,麦克法兰说。对于这样的地方可能是一个改变游戏规则的远程非洲城镇或,例如,wind-rich加勒比库拉索岛,法利说,在逻辑上的昂贵或很难进口燃料,和肥料是昂贵的。当地生产饲料和燃料孤立的农场和村庄。但许多化学家比麦克法兰表示怀疑,这可以实现,经济上,很快。”在我看来这些技术非常有前途的但在早期阶段,“Daoutidis说。“这是一个问号。”
一次绿色氨,系统还需要来使用它——燃烧在内燃机动力船或传动发电厂的发电机。
这并不是一个新想法或甚至一项新技术——ammonia-fuelled内燃机已经存在1800年代,并简要第二次世界大战期间流行当石油短缺的问题。但事实证明化石燃料更便宜和更容易使用。
一辆拖拉机改装以柴油和绿色氨的混合。以斯帖约旦/明尼苏达大学研究和拓展中西部中心
氨燃烧慢,很难比化石燃料点燃;大多数氨引擎需要一个剂量的柴油或氢让他们走了。如果发动机未燃的氨泄漏,可能有毒。和氨引擎往往产生氮氧化物,也是一种强有力的温室气体。有催化转换器可以解决这个问题,。说:“这是在我们到达法清洁ammonia-powered引擎。“我们讨论的是抛光粗糙的边缘的相对成熟的东西。”
主要引擎制造商,包括德国人能源解决方案和瑞士WinGD,现在发展ammonia-fueled引擎和工具改造旧引擎,这样他们就可以运行在氨,预计将与第一产品在2024年的船。与此同时,公司也开始在游戏中。在明尼苏达州,瑞茜的同事威廉·诺推出阿扎电力系统一个月前将自己的ammonia-powered引擎技术商业化。
电力生产企业也在发展发电机运行在氨对电力生产。似乎疯狂用电制造氢,用它来制造氨,氨,并将其重新转化为电能——你只有约20 - 30%的电力回到最后,笔记法,可以说98%电池的效率。但容易储存和运输,能源的好处超过了这个问题,他说。
无论哪一个特定的方向去,观察人士预计,绿色氨市场迅速增加。而氨肯定不会是最好的解决方案,它有一个角色在零,与生物燃料和氢,根据国际能源机构研究报告。氨碳价格上涨,绿色将成为国王,预测法:“我认为氨可能是液体燃料的未来。”
