Żegluga morska będzie musiała walczyć o amoniak, jako paliwo okrętowe
Transformacja energetyczna zmienia zapotrzebowanie na amoniak. Do niedawna był wykorzystywany głównie jako surowiec do produkcji nawozów sztucznych i produktów chemicznych. Obecnie, wraz z pojawieniem się technologii wytwarzania „zielonego” amoniaku, pojawiają się nowe możliwości jego zastosowania – zamiast węgla w energetyce, w bardziej ekologicznej produkcji stali, ale także jako paliwo w transporcie, szczególnie morskim. Wzrost popularności amoniaku stwarza również potencjał dla zielonego wodoru jako paliwa.
Na całym świecie produkuje się rocznie ok. 200 mln ton amoniaku, z czego 20 milionów transportuje się zbiornikowcami LPG. Skala wschodzącego i potencjalnego popytu sprawi, że te wolumeny wzrosną. To, jak szybko uda się to osiągnąć, zadecyduje też o cenie amoniaku jako paliwa i jego upowszechnieniu w żegludze morskiej. Poniżej przytaczamy w skrócie artykuł opublikowany przez MaritimeExecutive, którego autorem jest René Sejer Laursen, dyrektor paliw i technologii w American Bureau of Shipping (ABS).
Ogólna perspektywa
Zainteresowanie amoniakiem wynika zarówno z jego zerowej emisji, gdy jest używany jako paliwo, jak i dlatego, że jego produkcja nie jest zależna od biogennych źródeł węgla. W miarę jak światowa gospodarka odchodzi od paliw kopalnych, węgiel biogeniczny – tj. pochodzący z wychwytywanego CO2, elektrolizy, a nawet źródeł odpadów – będzie zastępował węgiel.
Zarazem będzie podlegał rosnącej konkurencji o niego ze strony różnych gałęzi przemysłu. Szczególnie konkurencja sektorów energetycznego i lotniczego nieuchronnie doprowadzi do wzrostu ceny amoniaku. Zarazem jego moce produkcyjne będą musiały pochodzić ze źródeł przemysłowych, a nie z biomasy pozyskiwanej w tym celu.
Wzrost popularności amoniaku stwarza również potencjał dla zielonego wodoru jako paliwa. Ponieważ jednak amoniak jest znacznie tańszy w transporcie na duże odległości – i biorąc pod uwagę straty energii, gdy wodór jest przekształcany w amoniak (w procesie Habera-Boscha) – wydaje się prawdopodobne, że większość wodoru będzie wytwarzana przez kraking zielonego amoniaku w miejscu, w którym wodór będzie zużywany.
Produkcja amoniaku
Jednym z warunków produkcji zielonego amoniaku na dużą skalę jest konieczny wzrost produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Obecna globalna jego moc jest mniejsza niż wymagana do tego celu. Odnawialna energia elektryczna do elektrolizy będzie musiała być produkowana w lokalizacjach na całym świecie – wszędzie tam, gdzie są sprzyjające warunki do tego wytwarzania i duże obszary gruntów. Ten ostatni warunek spełniają lokalizacje znajdują się w odległych obszarach, jak: Zachodnia Australia, Zachodnia Afryka, Chile, Oman i Arabia Saudyjska. To one mogą więc zdominować produkcję amoniaku.
Prognozy wskazują, że do 2040 r. energia elektryczna z OZE będzie wystarczająca do produkcji wolumenu zielonego amoniaku potrzebnego w transporcie morskim. Ponieważ jednak żegluga będzie również konkurować z wieloma innymi gałęziami przemysłu, zarówno o odnawialną energię elektryczną, jak i zielony wodór, niezbędny do produkcji amoniaku, a także z innymi sektorami, które są zależne od zużycia zielonego amoniaku – oczekuje się, że jego podaż będzie ograniczona.
Technologia napędu
Pierwsze testy z wykorzystaniem amoniaku jako paliwa w transporcie zostały przeprowadzone przez kilku głównych producentów silników spalinowych. Były one bardzo obiecujące i nie znaleziono żadnych przeszkód dla wykorzystania amoniaku jako paliwa. Chociaż ilość paliwa pilotowego i poziomy emisji NOx, NH3 i N2O nie zostały jeszcze określone ilościowo dla komercyjnych silników okrętowych, ich producenci generalnie zgadzają się, że cykl silników Diesla najlepiej nadaje się do spalania amoniaku.
Trwają badania zarówno nad silnikami wysokoprężnymi, jak i koncepcjami spalania w cyklu Otta (odwracalny obieg termodynamiczny), także pod kątem poziomu emisji tlenku azotu (NOx), bowiem powstaje on podczas spalania amoniaku w wysokiej temperaturze. Testy na silnikach dwusuwowych wykazały, że NOx stanowi mniejszy problem niż spalania w cyklu Diesla.
Paliwo pilotowe jest niezbędne do zapłonu amoniaku, a także do utrzymania stabilnego spalania. W przypadku mniejszych silników czterosuwowych wymagane jest 10 proc. paliwa pilotowego. W przypadku dużych silników dwusuwowych wykorzystujących cykle Diesla wymagane jest tylko 5 proc. paliwa pilotażowego, a niektórzy producenci silników spodziewają się, że ilość tę można jeszcze bardziej zmniejszyć. Oprócz silników głównych statku i agregatów prądotwórczych zasilanych amoniakiem, pojawiają się również projekty silników pomocniczych na to paliwo
Bezpieczeństwo i oczyszczanie spalin
Większość projektantów silników oczekuje, że oczyszczanie spalin będzie konieczne, aby spełnić normę IMO emisji NOx Tier III. Wszyscy oczekują, że preferowanym sposobem oczyszczania spalin po opuszczeniu komory spalania będzie selektywna redukcja katalityczna (SCR), a nie recyrkulacja spalin (EGR), która zmienia warunki spalania, ograniczając w ten sposób powstawanie NOX.
EGR zmniejsza ilość tlenu w powietrzu wlotowym i istnieje obawa, że będzie to miało bardzo negatywny wpływ na wydajność spalania amoniaku. Sprawa ta nadal nie została zbadana. Codzienna praca z amoniakiem na pokładzie wymaga rozwiązania problemu zbierania w bezpieczny sposób oparów amoniaku. Zostaną one uwolnione w przypadku normalnego zatrzymania silnika, jeśli instalacja rurowa wymaga oczyszczenia lub w przypadku awarii gdzieś w układzie zasilania paliwem.
Kilku producentów opracowuje różne rozwiązania do odprowadzania oparów, w tym konstrukcje płuczek wodnych. Wszystkie opisane powyżej systemy są przygotowywane do nowych projektów dla różnych typów statków. Oczekuje się, że systemy te zostaną wprowadzone do użytku na przełomie lat 2025 – 2026. Autor szacuje, że do kwietnia 2024 r. zamówionych zostało już ok. 50-70 statków z napędem na amoniak.
Możliwość komentowania została wyłączona.
