Ammoniak maakt plaats voor de waterstofeconomie

Iedereen kent de vreselijke stank van ammoniak. Maar ik wed dat niet velen van ons begrijpen dat het onze kleine planeet kan redden van de ecologische verwoesting die we zo graag proberen te voorkomen.

Het is een van de meest geproduceerde industriële chemicaliën ter wereld, ergens tussen de 70% en 85% ervan wordt gebruikt om landbouwmeststoffen te maken (niemand lijkt het met dat aantal eens te zijn). Soms wordt het rechtstreeks in pure vorm in de grond geïnjecteerd om de opbrengst van gewassen zoals maïs en tarwe te verhogen. Dan is er de koeling. En er zit veel, sterk verdund met water, in gewone huishoudelijke wasmiddelen. Het is ook een cruciaal ingrediënt bij het maken van methamfetamine, maar daar gaan we niet heen. Ammoniak heeft tientallen andere legitieme industriële toepassingen en zou prima kunnen voldoen aan een van onze specifieke transportbehoeften.

Deels omdat het koolstofvrij is, maar misschien nog belangrijker omdat het een efficiënte waterstofdrager is.

Ergens in de nabije toekomst zult u geen nieuwe dieseltruck kunnen kopen. Misschien al in 2035. En ik gok er serieus op dat een of andere jurisdictie – kijkend naar jou, Californië – al deze vrachtwagens vanaf 2025 de toegang tot hun grondgebied zal verbieden. Sommige steden zullen hetzelfde doen, heel weinig in Europa en elders Dat heeft het al gedaan, zoals Parijs, Mexico-Stad, Madrid en Athene.

Maar het is misschien niet beperkt tot elektrische voertuigen of traditionele waterstof-brandstofcelvoertuigen op batterijen als de enige alternatieven. Ammoniak kan dit werk op twee manieren doen. Misschien wordt het als vloeibare brandstof in verbrandingsmotoren geïnjecteerd, of misschien als waterstofdrager (de chemische samenstelling bestaat uit drie waterstofatomen en één stikstof). De officiële bijnaam is NH_3.

Succesvolle Amogy-tests

Een kleine startup gevestigd in Brooklyn, New York, met belangrijke activiteiten in Noorwegen, laat ons onder andere zien hoe het moet. Medio januari heeft Amogy Inc. voor het succesvol testen van ’s werelds eerste emissievrije semi-vrachtwagen aangedreven door ammoniak. Na de integratie van zijn technologie in een drone van 5 kilowatt in juli 2021 en een John Deere-landbouwtractor van 100 kilowatt afgelopen mei, heeft het bedrijf zijn ammoniak-naar-energie-technologie uitgebreid tot 300 kilowatt. Na acht minuten tanken werd de Freightliner Cascadia-tractor, met 900 kilowattuur aan totale netto elektrische energie aan boord, enkele uren getest op de Stony Brook University-campus in Long Island, New York voor een uitgebreide test op een geschikt testapparaat. baan ingesteld om snel verder te gaan. .

“Om het potentieel van ammoniak te ontsluiten, maakt Amogy’s gepatenteerde technologie het mogelijk om ammoniak aan boord af te breken en om te zetten in waterstof, dat vervolgens rechtstreeks naar een brandstofcel wordt gestuurd om het voertuig aan te drijven”, legt het bedrijf uit. Vloeibare ammoniak heeft een energiedichtheid die ongeveer drie keer groter is dan die van gecomprimeerde waterstof en vereist veel minder energie, waardoor het kosteneffectief is voor opslag en transport.

Ammoniak biedt een duidelijk pad naar een koolstofneutrale waardeketen in alle zware transportsectoren dankzij de bestaande transport- en opslaginfrastructuur. Een wereldwijde grondstof, 200 miljoen ton ammoniak wordt al jaarlijks geproduceerd en vervoerd, waardoor het een ideale en toegankelijke alternatieve brandstof is.”

Perfecte brandstof

“Naast zijn indrukwekkende energiedichtheid en vloeibare fase bij omgevingstemperatuur, is ammoniak een ideale brandstof voor het snel koolstofarm maken van zwaar transport, omdat het wereldwijd beschikbaar is met … reeds aanwezige infrastructuur”, aldus Seonghoon Woo, CEO van Amogy. “In de nabije toekomst kijken we ernaar uit om verder uit te breiden en andere sectoren aan te pakken die moeilijk te mitigeren zijn, zoals de wereldwijde scheepvaart.”

Een bedrijf gevestigd in Mississauga, Ontario, Hydrofuel Canada, heeft een andere manier om ammoniak te gebruiken – door het rechtstreeks in een verbrandingsmotor te injecteren met een kleine hoeveelheid diesel of biodiesel om de verbranding te bevorderen. Er zijn enkele kleine motoraanpassingen nodig om er een multi-fuel motor van te maken, maar dat zou een gemakkelijke retrofit zijn. Twee van de zware trekkers die nu in dienst zijn, worden nu getest.

Volgens bedrijfsvoorzitter Greg Vezina is ammoniak “de meest milieuvriendelijke brandstof in vergelijking met benzine, gasvormige of vloeibare waterstof, LPG, diesel, gecomprimeerd aardgas, elektrische (aangezien elektriciteit wordt opgewekt uit fossiele brandstoffen) en hybride elektrische voertuigen”.

Niets hiervan is volledig nieuw. In feite dateren deze toepassingen van ammoniak uit de negentiende eeuw. Zo werd in 1871 in New Orleans een tram op ammoniak gelanceerd. Tijdens de Tweede Wereldoorlog kwam het relatief vaak voor dat vloeibare ammoniak de moeilijk verkrijgbare diesel of benzine in alle soorten voertuigen verving. Er zijn momenteel veel projecten over de hele wereld gericht op het gebruik van ammoniak als een koolstofneutrale brandstof, met name bij energieopwekking, off-grid-toepassingen en interne verbrandingsmotoren.

In het grotere geheel is het duidelijk dat de belangrijkste rol van ammoniak zal zijn dat het niet wordt gebruikt als koolstofvrije brandstof, maar als een efficiënte energiedrager voor waterstof om brandstofcellen aan te drijven. Chemici en anderen zeggen het Het zal de weg vrijmaken voor een waterstofeconomie.

energiedichtheid

Ammoniak ruikt vreselijk en is gevaarlijk bijtend, maar in vergelijking met waterstof is de energiedichtheid ongeveer twee keer zo hoog. Het is ook gemakkelijker te verzenden, op te slaan en te distribueren met de bestaande infrastructuur. Dit elimineert een van de grootste belemmeringen voor de acceptatie van waterstof, namelijk de kosten van opslag en transport.

De sleutel hier is dat terwijl waterstof cryogeen moet worden ingevroren tot -253 graden Celsius, ammoniak alleen hoeft te worden gekoeld tot -33 om in vloeibare toestand te blijven. Vloeibare ammoniak bevat ongeveer 50% meer waterstof dan vloeibare waterstof zelf en kan worden “gekraakt” met behulp van goedkope waterstofbesparende katalysatoren.

Het is allemaal een beetje ironisch en circulair: we maken waterstof, halen er ammoniak uit, slaan die ammoniak op en vervoeren die naar de plek waar hij nodig is, en uiteindelijk hevelen we de waterstof terug voor gebruik in een brandstofcel.

“Je kunt het opslaan, opladen, verbranden en weer omzetten in waterstof en stikstof”, zegt Tim Hughes, onderzoeker op het gebied van energieopslag bij productiegigant Siemens in Oxford, VK.

groene ammoniak

Maar natuurlijk willen we dat “groene” ammoniak groene waterstof maakt, wat niet mogelijk is met de gebruikelijke productiemethode – namelijk waterstof strippen uit aardgas met behulp van stoom en die waterstof vervolgens combineren met stikstof uit de lucht op zeer, zeer hoge druk. hoge temperaturen. Dit is het Haber-Bosch-proces, dat in het begin van de 20e eeuw werd uitgevonden door twee slimme Duitsers en sindsdien in gebruik is. Het probleem is dat het vies is en twee ton kooldioxide in de atmosfeer uitspuugt voor elke geproduceerde ton ammoniak.

We moeten dus aardgas uit de vergelijking halen en in plaats daarvan waterstof maken via elektrolyse met behulp van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen – en er vervolgens ammoniak van maken. Er worden op dit moment projecten gebouwd van Canada tot Australië om dit te bereiken, de grootste in Saoedi-Arabië, die 1 miljoen ton ammoniak per jaar zal produceren nadat deze in 2025 online komt. Een meer bescheiden groene ammoniakfabriek in Louisiana die 20.000 ton produceert per jaar wordt dit jaar verwacht. .

Hoewel velen pure waterstof als de brandstof van de toekomst hebben beschouwd, lijkt ammoniak de beste route naar dezelfde plek te zijn.

“Het voldoet aan alle eisen”, zegt Jamie Faria, scheikundig ingenieur aan de Universiteit Twente in Nederland.

Betekent dit iets voor jullie die tegenwoordig vrachtwagens besturen? Misschien als u een motor met meerdere brandstoffen achteraf wilt inbouwen. Maar echt, het belang van ammoniak hier is zodanig dat de dag waarop u een waterstof-brandstofceltruck kunt kopen dichterbij komt, en tegen lagere kosten. En tenzij de accutechnologie vooruitgaat zodat u de actieradius krijgt die u nodig heeft, wat op dit moment twijfelachtig lijkt, zult u uiteindelijk die truck nodig hebben.