Зловонное топливо для больших кораблей

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.

Судовые двигатели, подобные этому, готовятся к работе на аммиаке

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».

Viking Energy будет работать на аммиаке и сжиженном природном газе

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.

Этот испытательный завод в Дании разрабатывает более экологически чистый способ производства аммиака

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».

Аммиак можно получить из воды, воздуха и возобновляемой электроэнергии

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».

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ