В испытательном центре Копенгагена громко рычит огромный двигатель высотой в три этажа. Рядом команда инженеров наблюдает за ним из диспетчерской, напоминающей корабельный мостик. Обычно такой двигатель двигал бы большой корабль через море, но этот готовится принять участие в новаторском проекте. Инженеры хотят посмотреть, смогут ли они заставить его работать на жидком аммиаке.
Аммиак уже давно является ключевым компонентом удобрений, чистящих средств и холодильников. Но в поисках нового более чистого топлива это вещество с неприятным запахом стало передовым источником энергии для океанских судов.
Около 90% всех товаров, продаваемых в мире, перевозятся морем. Но корабли — это пожиратели газа. Морской транспорт производит около 2% мировых выбросов парниковых газов. Международная морская организация (IMO) хочет сократить вдвое выбросы к 2050 году по сравнению с уровнями 2008 года. Это требует существенного перехода к «зеленым» технологиям.
Брайан Соеренсен, руководитель исследований и разработок Man Energy Solutions, говорит, что изучаются несколько видов топлива: «Одним из вариантов, по нашему мнению, будет аммиак. Метанол может быть другим, биотопливо — третьим».
Аммиак имеет преимущество, так как он не содержит углерода, поэтому может гореть в двигателе без выделения углекислого газа.
К началу 2024 года Man Energy Solutions планирует установить на корабле двигатель, работающий на аммиаке. Первые модели будут двухтопливными и смогут работать и на традиционном судовом газойле. Хотя жидкий аммиак менее богат энергией, чем современное морское топливо, он более энергонасыщен, чем водород, еще одно топливо с нулевым уровнем выбросов.
Водород уже используется в автомобилях, самолетах и поездах. Производить его дешевле, чем аммиак, но с ним труднее обращаться, так как он должен храниться при температуре минус 253 °С. Аммиак становится жидким при температуре ниже -34 °C и при более высоких температурах, если он находится под давлением.
«Аммиак прекрасно располагается на золотой середине», — говорит д-р Тристан Смит, эксперт по низкоуглеродным перевозкам из Университетского колледжа Лондона. «Его не слишком дорого хранить и не слишком дорого производить».
Но есть проблемы. При сжигании аммиака могут образовываться загрязняющие оксиды азота, поэтому выхлопные газы необходимо очищать. Он также токсичен, поэтому требует осторожного обращения и хранения. Однако, по словам Суренсена, ноу-хау в области безопасности и некоторая портовая инфраструктура уже существуют, потому что отрасль удобрений хорошо развита.
«Сегодня его перевозят морским транспортом. Мы знаем, как обращаться с аммиаком на борту корабля не в качестве топлива, а в качестве груза».
Между тем норвежская судоходная компания Eidesvik планирует установить на судне аммиачные топливные элементы к концу 2023 года. Как и батареи, они вырабатывают электрическую энергию для питания двигателя. Партнер проекта Prototech уже начал разработку тестовой версии. Судно снабжения Viking Energy совершит плавание в оба конца на расстояние 555 км. Гибридное судно также будет использовать сжиженный природный газ. Вермунд Хьелланд, вице-президент по технологиям и развитию Eidesvik, говорит, что топливные элементы более эффективны и экономичны для таких коротких и предсказуемых маршрутов.
«Вы можете иметь баки меньшего размера и получать больше киловатт-часов из того же количества топлива. Картина иная по сравнению с супертанкером. Это очень сильно зависит от того, является ли вес проблемой».
Ежегодно производится аммиак на сумму около 55 млрд долларов, в основном для удобрений. Но эта отрасль оказывает сильное воздействие на окружающую среду, на нее приходится 1,8% мировых выбросов CO2. Удобрения также могут навредить качеству воды и воздуха. Для производства аммиака необходимы газы азота и водорода. Часто этот водород извлекается из природного газа (метана). В процессе выделяется углерод и требуется много энергии.
Появляются новые, более чистые способы производства аммиака. Один из методов, синий аммиак, включает улавливание и хранение углерода. Более перспективный, зеленый аммиак, полностью исключает использование ископаемого топлива.
В самом центре сельской Ютландии, на западе Дании, ведутся исследования на новом экспериментальном заводе в Фулуме. Haldor Topsoe, которая производит катализаторы, используемые для производства аммиака, вместе с учеными из Орхусского университета стремится производить аммиак из воды, воздуха и возобновляемой электроэнергии.
«Эти три вида сырья можно найти во многих местах по всему миру», — говорит Пат Хан, директор по исследованиям Haldor Topsoe. «Вместо того, чтобы использовать ископаемую энергию … мы просто берем энергию ветра и солнца, и в течение нескольких минут у нас есть жидкое топливо на другом конце».
Внутри прозрачного ящика размером с транспортный контейнер находится лабиринт из манометров и изолированных серебряных труб.
«Мы используем электричество для электролиза воды и генерации водорода. А затем мы используем воздух, чтобы добавить азот в систему», — объясняет Бехзад Партун, научный сотрудник из Орхусского университета. Позже эти газы будут объединены в аммиак.
Новая технология, называемая ячейкой для электролиза твердых оксидов (SOEC), упрощает эти этапы, сочетая систему очистки азота с процессом производства водорода.
«Мы собираемся сэкономить больше энергии и снизить энергоемкость производства аммиака», — говорит г-н Партун. «Это значительно удешевляет весь процесс».
Теперь они проверяют стабильность технологии в течение более длительных периодов времени и вносят коррективы, прежде чем перейти к промышленным объемам производства.
В настоящее время электроэнергия поступает из сети.
«Реальная зеленая энергия не так уж далеко от реальности», — говорит Энн Метте Фрей, доцент Орхусского университета. «Все настроено».
Зеленый аммиак разрабатывается повсюду, в том числе в Австралии и Чили. Есть и другие потенциальные применения, включая производство более чистых удобрений и хранение излишков энергии ветра и солнца.
Haldor Topsoe ожидает, что зеленый аммиак появится в продаже уже в 2022 или 2023 годах.
Но морской транспорт может столкнуться с другими препятствиями. В отчете Глобального морского форума говорится, что для достижения цели IMO на период до 2050 года путем перехода в первую очередь на экологически чистое аммиачное топливо потребуется более 1 триллиона долларов инвестиций.
Доктор Тристан Смит, один из авторов отчета, говорит, что это достижимо. По его словам, по мере снижения затрат на возобновляемую электроэнергию и технологии, зеленый аммиак станет более конкурентоспособным.
«К концу 2020-х, может быть, к середине 2030-х годов у нас будут относительно низкие цены. Но они все равно могут быть дороже, чем нефть».
Брайан Соеренсен из Man Energy Solutions считает, что правительства должны будут способствовать переходу. «Должна быть установлена определенная сумма налога на выбросы».
