De afgelopen 100 jaar, een eenvoudig molecuul heeft een enorm positieve invloed gehad op onze wereld. ammoniak, die bestaat uit drie waterstofatomen gebonden aan een enkel stikstofatoom, wordt veel gebruikt om de meststoffen te maken waarmee we genoeg voedsel kunnen produceren voor iedereen op de planeet. Dat maakt het zo'n beetje het belangrijkste molecuul na water.

Echter, ammoniakproductie is 's werelds derde grootste industriële procesuitstoter van kooldioxide, het creëren van een half miljard ton CO₂ per jaar – 1,8% van de wereldwijde CO₂-uitstoot.

Mijn collega's en ik hebben zojuist een rapport opgesteld voor de Royal Society waaruit blijkt dat het produceren van koolstofvrije groene ammoniak de wereldwijde koolstofemissies met bijna 2% zou kunnen verminderen. Bovendien, het zou ook nationale hoeveelheden hernieuwbare energie en krachtschepen kunnen opslaan, treinen en zware voertuigen.

Ammoniak wordt gewoonlijk geproduceerd door methaan te laten reageren met stoom om waterstof te produceren, en dit vervolgens te laten reageren met stikstof uit de lucht met behulp van het zogenaamde Haber-Bosch-proces. Maar de stoommethaanreforming geeft ook kooldioxide af. In tegenstelling tot, groene ammoniak wordt geproduceerd met waterstof dat met hernieuwbare elektriciteit is gescheiden van water.

Het is ook mogelijk om ammoniak weer af te breken in waterstof en stikstof, daarbij energie afgeven. En het kan worden verbrand zoals fossiele brandstoffen zoals diesel. Hierdoor kan ammoniak ook als energieopslag worden gebruikt.

Het Rutherford Appleton-laboratorium in Oxfordshire, VK, heeft een uniek demonstratiesysteem voor groene ammoniak. Het wordt aangedreven door een windturbine ter plaatse en kan tot 30 kg groene ammoniak per dag produceren. Indien nodig kan hij ook groene stroom terugleveren aan het net.

De uitdaging om van groene ammoniakproductie een levensvatbaar alternatief te maken, is het verlagen van de kosten, waarvan 85% elektriciteit. In de meeste delen van de wereld, hernieuwbare energie is nog steeds aanzienlijk duurder dan het methaan dat wordt gebruikt bij de conventionele productie van ammoniak.

Echter, de kosten van elektriciteit in gebieden met een overvloedig hernieuwbaar potentieel zijn de afgelopen tien jaar drastisch gedaald, tot ongeveer 1,7-3,4 GBP pence per kWh. Dit betekent dat u groene ammoniak kunt produceren voor ongeveer £ 220 per ton.

Dit is nog steeds niet zo goedkoop als het conventionele proces. Maar om deze methode te blijven gebruiken en onze uitstoot tot nul terug te brengen, zouden we koolstofafvang en -opslag moeten combineren, zodat de resulterende CO₂ niet in de atmosfeer terechtkomt. En dan kan groene ammoniak kostenconcurrerend worden.

Koolstofvrije brandstof

Groene ammoniak heeft ook het potentieel om een ​​van de grootste onopgeloste uitdagingen in de race naar netto nuluitstoot aan te pakken:hoe creëren we flexibele koolstofvrije brandstofreserves die jaren meegaan zoals de huidige fossiele brandstoffen dat doen?

Ammoniak kan gemakkelijk in grote hoeveelheden als vloeistof worden bewaard bij een bescheiden druk (tussen 10 en 15 keer die van onze atmosfeer) of gekoeld tot -33°C. In deze vorm, de energiedichtheid is ongeveer de helft van die van benzine en meer dan tien keer die van batterijen.

Wat ammoniak heeft boven andere potentiële brandstofalternatieven, is dat we al een wereldwijd productie- en distributiesysteem hebben vanwege het wijdverbreide gebruik ervan als grondstof voor meststoffen. Er is ook een uitgebreid netwerk van havens die ammoniak op grote schaal behandelen, zodat het relatief gemakkelijk een brandstof kan worden voor de langeafstandsvaart.

In feite, de internationale scheepvaartindustrie heeft de haalbaarheid van het gebruik van ammoniak als brandstof in hun grootste zeecontainerschepen al bewezen. MAN energieoplossingen, een ontwerper en fabrikant van scheepsmotoren, heeft aangekondigd dat de eerste ammoniakmotor begin 2022 in bedrijf zou kunnen zijn. Dit zou ook kansen bieden voor groene brandstoffen voor treinen, zware vracht en misschien zelfs koolstofvrije luchtvaart.

Ammoniak biedt andere uitdagingen. Het gebruik van meststoffen op basis van ammoniak draagt ​​bij aan de wereldwijde afname van de biodiversiteit, wijdverbreide problemen met de luchtkwaliteit en de uitstoot van broeikasgassen. Bij nieuwe toepassingen van ammoniak moeten effectieve maatregelen worden genomen om extra emissies te voorkomen.

Strenge controles die al aanwezig zijn op alle huidige ammoniakopslag en relevante industriële locaties, aanwezig zijn om ervoor te zorgen dat de risico's van het vrijkomen van ammoniak en de daaruit voortvloeiende vorming van schadelijke stikstofoxiden (NOx) verwaarloosbaar zijn.

Wat we nu moeten doen, is het potentieel van ammoniak onderzoeken en aantonen, van het verbeteren van wind- en zonne-energie tot het optimaliseren van de productie en opslag van groene ammoniak. En we moeten een uitgebreid portfolio ontwikkelen van manieren om ammoniak weer in energie om te zetten wanneer en waar we het nodig hebben.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.