เคมีเก่าในสีใหม่

ณ สิ้นเดือนกันยายน 2020 แอมโมเนียสีน้ำเงินชุดแรกของโลก (1) ถูกส่งจากซาอุดีอาระเบียไปยังญี่ปุ่น ตามรายงานของสื่อมวลชน จะถูกนำไปใช้ในโรงไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้าโดยไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด สิ่งนี้อาจดูคลุมเครือเล็กน้อย มีเชื้อเพลิงปาฏิหาริย์ใหม่หรือไม่?

Saudi Aramco เบื้องหลังการขนส่ง ผลิต เชื้อเพลิงโดยการแปลงไฮโดรคาร์บอน (เช่น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปิโตรเลียม) เป็นไฮโดรเจน แล้วแปลงผลิตภัณฑ์เป็นแอมโมเนีย ดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นผลพลอยได้ ดังนั้นแอมโมเนียจะกักเก็บไฮโดรเจนไว้ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าไฮโดรเจน "สีน้ำเงิน" แทนไฮโดรเจน "สีเขียว" ซึ่งมาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนมากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล นอกจากนี้ยังสามารถเผาเป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนได้อีกด้วย ที่สำคัญไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ทำไมจึงควรจัดเก็บ ขนส่งไฮโดรเจนที่จับกับแอมโมเนีย มากกว่าแค่ไฮโดรเจนบริสุทธิ์? “แอมโมเนียสามารถทำให้เป็นของเหลวได้ง่ายกว่า โดยกลั่นตัวที่อุณหภูมิลบ 33 องศาเซลเซียส และมีไฮโดรเจนต่อลูกบาศก์เมตรมากกว่าไฮโดรเจนเหลว 1,7 เท่า” จากการศึกษาโดยธนาคารเพื่อการลงทุน HSBC ที่สนับสนุนเทคโนโลยีใหม่นี้

ประเทศซาอุดีอาระเบียซึ่งเป็นผู้ส่งออกน้ำมันรายใหญ่ที่สุดของโลก กำลังลงทุนในเทคโนโลยีเพื่อสกัดไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและแปลงผลิตภัณฑ์เป็นแอมโมเนีย บริษัทอเมริกัน Air Products & Chemicals Inc. ในช่วงฤดูร้อนได้ลงนามในข้อตกลงกับบริษัทซาอุดิอาระเบีย ACWA Power International และองค์กรที่รับผิดชอบในการสร้างเมืองอนาคตแห่งอนาคตของ Neom (2) ซึ่งราชอาณาจักรต้องการสร้างบนชายฝั่งทะเลแดง ภายใต้ข้อตกลงดังกล่าว โรงงานผลิตแอมโมเนียมูลค่า XNUMX พันล้านดอลลาร์จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไฮโดรเจนที่ขับเคลื่อนโดยแหล่งพลังงานหมุนเวียน

2. หนึ่งในภาพจำลองของเมือง Neom แห่งอนาคตของซาอุดิอาระเบีย

ไฮโดรเจนเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นเชื้อเพลิงสะอาดที่เมื่อถูกเผาแล้วจะไม่ก่อให้เกิดอะไรเลยนอกจากไอน้ำ มักถูกนำเสนอเป็นแหล่งพลังงานสีเขียวที่ดี อย่างไรก็ตาม ความเป็นจริงนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย ความสมดุลโดยรวมของการปล่อยไฮโดรเจนนั้นสะอาดพอๆ กับเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิต เมื่อคำนึงถึงความสมดุลของการปล่อยก๊าซทั้งหมด ก๊าซประเภทต่าง ๆ เช่น ไฮโดรเจนสีเขียว ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน และไฮโดรเจนสีเทาจะถูกปล่อยออกมา ไฮโดรเจนสีเขียว ผลิตขึ้นโดยใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนและปราศจากคาร์บอนเท่านั้น ไฮโดรเจนสีเทา ซึ่งเป็นรูปแบบทั่วไปของไฮโดรเจนในระบบเศรษฐกิจ ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งหมายความว่าการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำส่วนใหญ่จะถูกชดเชยโดยกระบวนการผลิต ไฮโดรเจนสีน้ำเงินเป็นชื่อที่กำหนดให้ไฮโดรเจนซึ่งได้มาจากก๊าซธรรมชาติเท่านั้น ซึ่งมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำกว่าและสะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลส่วนใหญ่

แอมโมเนียเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีไฮโดรเจน XNUMX โมเลกุลและไนโตรเจน XNUMX โมเลกุล ในแง่นี้ มัน "เก็บ" ไฮโดรเจนและสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต "ไฮโดรเจนที่ยั่งยืน" ได้ แอมโมเนียเองก็ไม่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเช่นเดียวกับไฮโดรเจนเมื่อเผาที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน สีฟ้าในชื่อหมายถึงการผลิตโดยใช้ก๊าซธรรมชาติ (และในบางกรณีคือถ่านหิน) ถือเป็นรูปแบบการผลิตพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นด้วย เนื่องจากความสามารถในการดักจับและกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ (CCS) ระหว่างกระบวนการแปลง อย่างน้อยนั่นคือสิ่งที่บริษัท Aramco ซึ่งผลิตดังกล่าว รับรอง

จากฟ้าเป็นเขียว

ผู้เชี่ยวชาญหลายคนเชื่อว่าเทคนิคที่อธิบายข้างต้นเป็นเพียงขั้นตอนเปลี่ยนผ่าน และเป้าหมายคือการผลิตแอมโมเนียสีเขียวให้มีประสิทธิภาพ แน่นอนว่าอันนี้จะไม่แตกต่างกันในองค์ประกอบทางเคมี เช่นเดียวกับสีน้ำเงินก็ไม่ต่างกันในองค์ประกอบทางเคมีจากแอมโมเนียอื่น ๆ ประเด็นก็คือว่ากระบวนการผลิตของรุ่นสีเขียวจะ ปราศจากมลพิษอย่างสมบูรณ์ และจะไม่เกี่ยวอะไรกับเชื้อเพลิงฟอสซิล ตัวอย่างเช่น โรงงานผลิตไฮโดรเจนหมุนเวียน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นแอมโมเนียเพื่อการจัดเก็บและขนส่งที่ง่ายขึ้น

ในเดือนธันวาคม 2018 มีการเผยแพร่รายงานโดย British Energy Transition Commission "กลุ่มผู้นำทางธุรกิจ การเงิน และภาคประชาสังคมจากทั่วทุกอุตสาหกรรมที่ผลิตและใช้พลังงาน" ภารกิจที่เป็นไปได้ ผู้เขียนระบุว่า การลดคาร์บอนไดออกไซด์โดยสมบูรณ์ของแอมโมเนียภายในปี 2050 เป็นไปได้ในทางเทคนิคและเชิงเศรษฐกิจ แต่แอมโมเนียสีน้ำเงินจะไม่มีความสำคัญในอีกสองสามทศวรรษ ในที่สุดก็จะครอบงำ แอมโมเนียสีเขียว. นี่เป็นเพราะต้นทุนในการดักจับ CO 10-20% ล่าสุด รายงานกล่าว₂ ในกระบวนการผลิต อย่างไรก็ตาม นักวิจารณ์คนอื่นๆ ได้ชี้ให้เห็นว่าการคาดการณ์เหล่านี้อิงจากความทันสมัย ในขณะเดียวกัน การวิจัยเกี่ยวกับวิธีการใหม่ในการสังเคราะห์แอมโมเนียยังคงดำเนินต่อไป

เช่น Matteo Masantiวิศวกรของ Casale SA (สมาชิกของ Ammonia Energy Association) ได้นำเสนอกระบวนการที่จดสิทธิบัตรใหม่สำหรับ "การแปลงก๊าซธรรมชาติเป็นแอมโมเนียเพื่อลดการปล่อย COXNUMX"₂ สู่บรรยากาศมากถึง 80% เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีที่ดีที่สุดที่มีอยู่” พูดง่ายๆ ก็คือ เขาเสนอให้เปลี่ยนหน่วย CDR (การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์) ที่ใช้ในการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากก๊าซไอเสียหลังการเผาไหม้ด้วย "กลยุทธ์การขจัดคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนการเผาไหม้"

ยังมีแนวคิดใหม่ๆ อีกมาก บริษัท Monolith Materials สัญชาติอเมริกัน เสนอ "กระบวนการทางไฟฟ้าใหม่สำหรับการแปลงก๊าซธรรมชาติเป็นคาร์บอนในรูปของเขม่าและไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพสูง" ถ่านหินไม่ใช่ของเสียที่นี่ แต่เป็นสารที่สามารถอยู่ในรูปแบบของสินค้าที่มีมูลค่าทางการค้าได้ บริษัทต้องการเก็บไฮโดรเจนไม่เพียงแต่ในรูปของแอมโมเนียเท่านั้น แต่ยังต้องการเก็บไฮโดรเจนไว้ในเมทานอลด้วย นอกจากนี้ยังมี eSMR ซึ่งเป็นวิธีการที่พัฒนาโดย Haldor Topsoe จากเดนมาร์กโดยอิงตาม การใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เป็นแหล่งเพิ่มเติมของความร้อนในกระบวนการในขั้นตอนการปฏิรูปไอน้ำของก๊าซมีเทนในการผลิตไฮโดรเจนที่โรงงานแอมโมเนีย คาดการณ์การปล่อย CO ที่ลดลง₂ สำหรับการผลิตแอมโมเนียประมาณ 30%

ดังที่คุณทราบ Orlen ของเราก็มีส่วนร่วมในการผลิตไฮโดรเจนเช่นกัน เขาพูดเกี่ยวกับการผลิตแอมโมเนียสีเขียวเพื่อกักเก็บพลังงานที่สภาเคมีแห่งโปแลนด์ในเดือนกันยายน 2020 เช่น สองสามวันก่อนการเดินทางดังกล่าวไปยังประเทศญี่ปุ่น เจเค็ก เมนเดลิวสกี้สมาชิกคณะกรรมการของ Anwil จากกลุ่ม PKN Orlen อันที่จริงน่าจะเป็น แอมโมเนียสีน้ำเงินตามการจัดประเภทข้างต้น ไม่ชัดเจนจากคำชี้แจงนี้ว่าผลิตภัณฑ์นี้ผลิตโดย Anwil แล้ว แต่สามารถสันนิษฐานได้ว่าโปแลนด์มีแผนที่จะผลิตแอมโมเนียสีน้ำเงินอย่างน้อย