Stocarea supremă a energiei: Amoniac

Provocări ale energiei verzi

În condițiile în care schimbările climatice provoacă fenomene meteorologice extreme tot mai frecvente, iar IPCC stabilește obiective de reducere a emisiilor pentru a preveni o creștere a temperaturii cu încă 1,5 grade, lumea face eforturi pentru a trece la energia regenerabilă. Odată cu tranziția globală de la combustibilii fosili la energia verde în curs de desfășurare, este nevoie de stocarea pe termen lung și de transmiterea pe distanțe lungi a acestei energii verzi. Amoniacul este potrivit pentru ambele aplicații, deoarece la temperatura camerei amoniacul lichid este un purtător foarte eficient de hidrogen care poate fi transportat cu ușurință. Pilele de combustie care pot valorifica hidrogenul din amoniac oferă progrese semnificative în depășirea principalelor provocări ale energiei verzi:

• Furnizarea de energie verde atunci când alte surse regenerabile sunt disponibile intermitent

Energia solară este produsă numai atunci când soarele strălucește. Energia eoliană este produsă doar atunci când bate vântul. Faptul că disponibilitatea acestor surse de energie regenerabilă din ce în ce mai populare este limitată de condițiile meteorologice capătă tot mai multă importanță pe măsură ce aceste surse de energie reprezintă o parte mai mare din totalul energiei generate. Nepotrivirea dintre producția de energie regenerabilă și cererea consumatorilor este demonstrată de curba de acum celebră a energiei regenerabile; fluctuațiile balanței energetice cauzate de sursele de energie regenerabilă creează provocări serioase pentru companiile de electricitate care trebuie să satisfacă această cerere. Răspunsul la această provocare va veni de la soluțiile de stocare a energiei regenerabile ușor disponibile. Pilele de combustie cu disponibilitate ridicată pot fi o componentă importantă a acestor soluții.

• Utilizarea excesului de capacitate generat de sursele regenerabile

În loc să reducă excesul de capacitate generat de sursele regenerabile, acest exces de energie poate fi stocat sub formă de amoniac lichid pentru a fi utilizat în viitor de pilele de combustie. Această sursă de amoniac ar fi o alternativă curată la amoniacul industrial care este produs prin procesul de producție Haber-Bosch.

• Oferind o alternativă ecologică și mai puțin costisitoare la motorină
  Generatoarele cu motorină au jucat până în prezent un rol major în furnizarea de energie electrică în economiile cu rețele sărace din țările în curs de dezvoltare. Aceste generatoare sunt cel puțin parțial responsabile de poluarea atmosferică cauzată de motorină și de alți combustibili fosili, care provoacă moartea a 7 milioane de oameni din întreaga lume în fiecare an. Înlocuirea combustibilului diesel cu „amoniacul verde” ca vector energetic ar pune la dispoziția celor 3,5 miliarde de oameni care trăiesc în zone fără rețea sau cu rețea săracă energie verde curată și fiabilă. Lansarea soluției GenCell A5 off-grid pentru turnuri de telecomunicații și electrificare rurală care funcționează pe bază de amoniac va permite accesul la energie pentru milioane de oameni care în prezent se află încă în afara rețelei.

Abordări ale stocării energiei regenerabile

Până în prezent, piața energiei s-a concentrat în principal pe două abordări principale ale stocării energiei regenerabile – bateriile reîncărcabile și hidrogenul. Tehnologii variate sunt utilizate pentru a dezvolta baterii reîncărcabile de diferite tipuri și dimensiuni. Printre avantajele bateriilor se numără eficiența energetică și durata lungă de viață datorită încărcării și transportabilității. Pe de altă parte, dezavantajele acestora includ greutatea și amprenta semnificativă, costurile ridicate de producție, deteriorarea rapidă, pericolele de siguranță și problemele legate de eliminarea lor.

În paralel cu bateriile, o altă tendință populară pentru stocarea energiei se bazează pe tehnologia hidrogenului, cum ar fi aplicațiile care valorifică hidrogenul pentru a acționa pilele de combustie, vehiculele încărcabile și mașinile mobile, printre alte aplicații inovatoare. Aplicații precum electroliza produc hidrogen curat și ecologic din apă cu ajutorul surplusului de energie regenerabilă; acest hidrogen poate fi transportat, stocat și poate permite reelectrificarea cu ajutorul pilelor de combustie.

Capacitatea de stocare a energiei sub formă de hidrogen este mult mai mare decât cea a bateriilor. Așadar, de ce nu a cucerit această tehnologie piața? Motivul este că stocarea energiei sub formă de hidrogen reprezintă o provocare. Construirea unei infrastructuri viabile de hidrogen pentru livrarea de la locurile de producție la locurile de consum nu este o chestiune simplă. Producția de hidrogen în masă, centralizată, sub formă de gaz sau de lichid, implică costuri ridicate de livrare și distribuție, în timp ce producția distribuită de volum redus este prohibitivă. Livrarea hidrogenului este constrânsă de costurile ridicate, de pierderile de eficiență energetică în timpul transportului, de problemele legate de puritatea hidrogenului și de propensiunea la scurgeri.

Științii lucrează la noi purtători de hidrogen pentru a depăși aceste constrângeri. Purtătorii de hidrogen pot stoca hidrogenul într-o altă stare chimică decât moleculele de hidrogen libere. O metodă interesantă de livrare a hidrogenului implică hidratarea unui compus chimic la locul de producție și apoi deshidratarea acestuia la punctul de livrare sau în cadrul unei pile de combustie. Purtătorii potențiali includ tehnologii de stocare chimică și fizică, cum ar fi hidruri metalice, carbon sau alte nanostructuri și hidrocarburi reversibile. Alte abordări implică pomparea hidrogenului în caverne subterane, dintre care multe au fost create de activitățile miniere, unde este stocat în condiții de siguranță. Tehnologia „Power to Gas” injectează hidrogen în gazul natural care este transportat prin intermediul infrastructurii existente. Combustia eliberează energia; prin înlocuirea a 20% din carbon cu hidrogen, emisiile sunt reduse în mod similar cu 20%.

Amoniacul ca purtător de energie

O altă opțiune este utilizarea amoniacului ca purtător de energie. Avantajele sunt numeroase. În primul rând, amoniacul este economic. Disponibilitate – a doua cea mai răspândită substanță chimică din lume, se produc 200 de milioane de tone de amoniac pe an. Transportabilitate – amoniacul este ușor de depozitat și nu necesită depozitare la presiune ridicată. Un alt avantaj cheie este compatibilitatea chimică a amoniacului cu pilele de combustie alcaline care utilizează un electrolit alcalin. Iar atunci când amoniacul este cracat pentru a produce hidrogen, nu sunt emiși poluanți nocivi. Deoarece nu există carbon, nu se produce nici un produs secundar de carbon – astfel, amoniacul este o opțiune „neutră din punct de vedere al emisiilor de carbon” pentru viitor. Deși amoniacul este un produs chimic toxic cu un miros puternic, atunci când este manipulat cu grijă și în conformitate cu reglementările în vigoare, este utilizat în siguranță în agricultură, refrigerare, semiconductori, vopsele de păr și purificarea apei, printre alte aplicații. Dar cel mai mare avantaj al amoniacului ca purtător de hidrogen este faptul că, în stare lichidă, cu o presurizare ușoară și fără constrângeri criogenice, acesta oferă o densitate mare de stocare a hidrogenului.

În prezent, GenCell a dezvoltat deja o pilă de combustie care valorifică amoniacul lichid pentru a alimenta o soluție de alimentare în afara rețelei, care acționează ca o „nanocentrală electrică” autonomă dincolo de rețea, permițându-ne să înlocuim generatoarele diesel poluante în furnizarea de energie electrică dincolo de rețea. În prezent, aceste pile de combustie funcționează cu amoniac industrial, produs în principal prin intermediul procesului Haber-Bosch, utilizat în mod obișnuit, dar foarte poluant. În procesul de sinteză a amoniacului Haber-Bosch, azotul reacționează cu hidrogenul cu ajutorul unui catalizator metalic. Procesul se desfășoară la o presiune de 200 atm și la temperaturi de reacție ridicate de aproape 500°C. Există afirmații potrivit cărora procesul Haber-Bosch este unul dintre cei mai importanți factori care contribuie la acumularea de azot reactiv în biosferă. Pentru a oferi energie complet ecologică, lucrăm la dezvoltarea unui proces ecologic de creare a amoniacului verde care poate înlocui procesul poluant Haber-Bosch. Acest lucru ar permite producția industrială de amoniac curat folosind energie regenerabilă pentru o gamă largă de aplicații, de la îngrășăminte și purificarea apei până la furnizarea de combustibil pentru soluții de pile de combustie alcaline. Deoarece această ecuație nu include carbon, atunci când va ajunge la maturitate, această tehnologie ne va permite să avem o producție de energie distribuită 100% ecologică. Ne imaginăm că vom permite o buclă de energie complet curată prin producerea amoniacului verde la fața locului folosind energia solară și eoliană, folosind amoniacul pentru a face să funcționeze generatoare de pile de combustie alcaline oriunde în afara rețelei, permițând electrificarea rurală și aducând lumea mai aproape de paritatea rețelei. Pentru mai multe informații, contactați-ne la [email protected].

.