Ultimativ energilagring: Ammoniak
Udfordringer ved grøn energi
Med klimaforandringer, der medfører hyppigere ekstreme vejrforhold, og med IPCC’s mål om at reducere emissionerne for at forhindre en temperaturstigning på yderligere 1,5 grader, gør verden en indsats for at gå over til vedvarende energi. Med den globale overgang fra fossile brændstoffer til grøn energi er der behov for langtidsoplagring og langdistancetransmission af denne grønne energi. Ammoniak er velegnet til begge anvendelser, idet flydende ammoniak ved stuetemperatur er en yderst effektiv bærer af brint, som let kan transporteres. Brændselsceller, der kan udnytte brint fra ammoniak, giver betydelige gennembrud med hensyn til at overvinde de vigtigste udfordringer i forbindelse med grøn energi:
- Forsyning af grøn energi, når andre vedvarende energikilder kun er tilgængelige med mellemrum
Solenergi produceres kun, når solen skinner. Vindenergi produceres kun, når vinden blæser. Det faktum, at tilgængeligheden af disse stadig mere populære vedvarende energikilder er begrænset af vejrforholdene, får større og større betydning, efterhånden som disse energikilder udgør en større del af den samlede energiproduktion. Den manglende overensstemmelse mellem produktionen af vedvarende energi og forbrugernes efterspørgsel fremgår af den efterhånden berømte kurve for vedvarende energi; de udsving i energibalancen, der skyldes vedvarende energi, skaber alvorlige udfordringer for de elforsyningsvirksomheder, der skal opfylde denne efterspørgsel. Svaret på denne udfordring vil komme fra let tilgængelige løsninger til lagring af vedvarende energi. Brændselsceller med høj tilgængelighed kan være en vigtig del af disse løsninger.
.png)
- Udnyttelse af overskudskapacitet fra vedvarende energi
I stedet for at begrænse den overskudskapacitet, der genereres af vedvarende energi, kan denne overskydende energi lagres som flydende ammoniak til fremtidig brug af brændselsceller. Denne ammoniakkilde ville være et rent alternativ til den industrielle ammoniak, der produceres via Haber-Bosch-produktionsprocessen.
- Et grønt, billigere alternativ til diesel
Dieselgeneratorer har hidtil spillet en vigtig rolle i forbindelse med energiforsyningen i de fattige netøkonomier i udviklingslandene. Disse generatorer er i det mindste delvist ansvarlige for den luftforurening fra diesel og andre fossile brændstoffer, som hvert år er årsag til 7 millioner menneskers død på verdensplan. Hvis dieselbrændstof erstattes af “grøn ammoniak” som energibærer, vil ren og pålidelig grøn energi blive tilgængelig for de 3,5 milliarder mennesker, der lever i områder uden net eller i fattige netområder. Lanceringen af GenCell A5 off-grid-løsningen til telemasterne og elektrificering af landdistrikterne, der kører på ammoniak, vil give adgang til energi for millioner af mennesker, der nu stadig er uden for nettet.
Ansatser til lagring af vedvarende energi
Hertil i dag har energimarkedet primært fokuseret på to hovedmetoder til lagring af vedvarende energi – genopladelige batterier og brint. Der anvendes forskellige teknologier til at udvikle genopladelige batterier af forskellige typer og størrelser. Fordelene ved batterier er bl.a. energieffektivitet og lang levetid takket være opladning og transportabilitet. På den anden side omfatter deres ulemper deres betydelige vægt og fodaftryk, deres høje produktionsomkostninger, deres hurtige nedbrydning, sikkerhedsrisici og problemer omkring deres bortskaffelse.
Parallelt med batterier er en anden populær tendens inden for energilagring baseret på brintteknologi, f.eks. applikationer, der udnytter brint til at drive brændselsceller, opladelige køretøjer og mobile maskiner blandt andre innovative applikationer. Applikationer som elektrolyse producerer ren, grøn brint fra vand ved hjælp af overskydende vedvarende energi; denne brint kan transporteres, lagres og muliggøre genelektrificering ved hjælp af brændselsceller.
Energilagringskapaciteten for energi i form af brint er langt højere end for batterier. Så hvorfor har denne teknologi ikke erobret markedet? Årsagen er, at energilagring som brint er en udfordring. Det er ikke let at opbygge en levedygtig brintinfrastruktur til levering fra produktionssteder til forbrugssteder. Centraliseret masseproduktion af brint, hvad enten det er som gas eller væske, medfører høje leverings- og distributionsomkostninger, mens distribueret produktion i små mængder er uoverkommeligt dyrt. Leveringen af brint er begrænset af høje omkostninger, tab af energieffektivitet under transport, problemer med brints renhed og tendens til lækage.
Videnskabsfolk arbejder på nye brintbærere for at overvinde disse begrænsninger. Brintbærere kan lagre brint i en anden kemisk tilstand end frie brintmolekyler. En interessant metode til levering af brint omfatter hydridering af en kemisk forbindelse på produktionsstedet og derefter dehydridering af den på leveringsstedet eller i en brændselscelle. Potentielle bærere omfatter kemiske og fysiske lagringsteknologier som f.eks. metalhydrider, kulstof eller andre nanostrukturer og reversible kulbrinter. Andre metoder omfatter pumpning af brint i underjordiske hulrum, hvoraf mange er opstået ved minedrift, hvor det opbevares sikkert. Power to Gas-teknologien injicerer brint i naturgas, der transporteres via eksisterende infrastruktur. Ved forbrænding frigives energien; ved at erstatte 20 % af kulstoffet med brint reduceres emissionerne ligeledes med 20 %.
Ammoniak som energibærer
En anden mulighed er at anvende ammoniak som energibærer. Fordelene er mange. For det første er ammoniak økonomisk rentabelt. Tilgængelighed – det næstmest producerede kemikalie i verden, 200 millioner tons ammoniak produceres om året. Transportabilitet – ammoniak er let at opbevare og kræver ikke højtrykslagring. En anden vigtig fordel er ammoniakens kemiske kompatibilitet med alkaliske brændselsceller, som anvender en alkalisk elektrolyt. Og når ammoniak knækkes for at producere brint, udledes der ingen skadelige forurenende stoffer. Da der ikke er noget kulstof, produceres der heller ingen kulstofbiprodukter – så ammoniak er således en “kulstofneutral” løsning for fremtiden. Selv om ammoniak er et giftigt kemikalie med en kraftig lugt, kan det, når det håndteres med omhu og i overensstemmelse med lovgivningen, anvendes sikkert i bl.a. landbrug, køling, halvledere, hårfarver og vandrensning. Men den største fordel ved ammoniak som brintbærer er, at ammoniak som væske, med en mild tryksætning og uden kryogene begrænsninger, giver en høj brintlagringstæthed.
GenCell har allerede i dag udviklet en brændselscelle, der udnytter flydende ammoniak til at levere brændstof til en strømforsyningsløsning uden for nettet, der fungerer som et autonomt “nano-kraftværk” uden for nettet, så vi kan erstatte forurenende dieselgeneratorer ved at levere elektricitet uden for nettet. I dag kører disse brændselsceller på industrielt fremstillet ammoniak, der hovedsagelig produceres via den almindeligt anvendte, men stærkt forurenende Haber-Bosch-proces. I Haber-Bosch-ammoniaksynteseprocessen reagerer nitrogen med brint ved hjælp af en metalkatalysator. Processen foregår ved et tryk på 200 atm og høje reaktionstemperaturer på næsten 500 °C. Det hævdes, at Haber-Bosch-processen er en af de største bidragydere til ophobning af reaktivt kvælstof i biosfæren. For at kunne tilbyde helt grøn strøm arbejder vi på at udvikle en miljøvenlig proces til fremstilling af grøn ammoniak, som kan erstatte den forurenende Haber-Bosch-proces. Dette vil muliggøre industriel produktion af ren ammoniak ved hjælp af vedvarende energi til en lang række anvendelser, lige fra gødning og vandrensning til brændstof til alkaliske brændselscelle-løsninger. Da denne ligning ikke indeholder noget kulstof, vil denne teknologi, når den er færdigudviklet, gøre det muligt for os at få 100 % grøn decentral elproduktion. Vi forestiller os, at vi kan skabe et fuldt rent energikredsløb ved at producere grøn ammoniak på stedet ved hjælp af sol- og vindenergi og bruge ammoniakken til at drive alkaliske brændselscellegeneratorer overalt uden for nettet, hvilket muliggør elektrificering af landdistrikterne og bringer verden tættere på netparitet. For yderligere oplysninger kan du kontakte os på [email protected].