Çevre AKINSOFT 03 Eylül 2021 (0) (211)

Amonyak yeni bir yeşil yakıt mı?

Yeşil amonyak nedir? Yeni bir temiz yakıt türünün ilk adımı mı?

2050 yılına kadar sıfır karbona giden yarış ilerledikçe, temiz bir yakıt seçeneği olarak amonyak hakkında çok daha fazla şey duyacak gibiyiz. Özellikle uzun mesafeli nakliye ve kamyon taşımacılığı için önemli bir seçenek gibi görünüyor. Peki nedir, nasıl yapılır? Yeşil yakıt olarak nasıl şekillenir?

Amonyak nedir?

Kimyasal olarak amonyak, her biri bir merkezi nitrojen atomuna bağlı üç hidrojen atomu içeren bir moleküldür. Dünya’nın atmosferi çoğunlukla nitrojendir ve hidrojen elbette evrendeki en bol elementtir. Fakat bu üretmenin basit olduğu anlamına gelmez.

Atmosferik basınçta amonyak, kaynama noktası -33.3 °C (-28.0 °F) olan çok kokmuş bir gazdır. Soğuk tutulduğunda veya az miktarda basınç altında tutulduğunda, sıvılaştırılması nispeten kolaydır, bu da onu hidrojene kıyasla taşıması ve depolaması çok daha kolay bir yeşil yakıt haline getirir. Onu kamyonla taşıyabilir veya tanklarda tutabilirsiniz, üstelik çok ucuza. Hidrojen depolamak yaklaşık 30 kat daha pahalıdır.

Esasında birçok yönden amonyak hidrojeni depolamak konusunda hidrojen gazının kendisinden daha iyi bir iş çıkarır. Çünkü H2, konteynırların metal duvarlarından sızması, temas ettiği çeliği gevrekleştirmesi ve kriyojenik sıcaklıklarda sıvılaşmak için çok fazla enerji almasıyla ünlüdür. Bir de yoğunluk var. Kulağa tuhaf gelebilir ama bir galon amonyağın içinde bir galon hidrojende bulunandan bir buçuk kat daha fazla hidrojen var. Geriye kalan her şey eşit.

Amonyak insanlar için tehlikelidir. Yüksek konsantrasyonlarda yakıcıdır ve önemli miktarda kullanan herhangi bir tesis için katı raporlama gereksinimleriyle birçok ülkede son derece tehlikeli madde olarak sınıflandırılır.

Günümüzde en sık olarak tarımda kullanılmaktadır ki tuz veya çözelti olarak bazı tahıl ürünlerinin verimini artıran güçlü bir gübredir.

Yakıt olarak amonyak

Hacimce amonyak (15,6 MJ/l), sıvı hidrojenden (kriyojenik sıcaklıklarda 9,1 MJ/l) yüzde 70 daha fazla ve sıkıştırılmış hidrojen gazından (700 bar basınçta 5,6 MJ/l) yaklaşık üç kat daha fazla enerji taşır. Bu günümüzün lityum pillerinin 20 katından fazla enerji demek.

Uzun mesafeli nakliye için baskın fosil yakıt olarak dizel, elbette önemli ölçüde daha iyidir ama amonyağın nitelik ve istatistikleri bunu konuşmaya dahil etmek için yeterli. Ayrıca dizelin günlerinin sayılı olduğunu belirtmekte fayda var.

Amonyağın yakıt olarak kullanılmasının birkaç temel yolu vardır. Biri onu tekrar H2 ve N2 gazlarına dönüştürmek ve ardından hidrojeni ya bir yanma yakıtı olarak ya da bir yakıt hücresi aracılığıyla elektrik üretmek için kullanmaktır.

Diğer bir seçenek ise amonyağı doğrudan bir yanma yakıtı olarak yakmak, enerjiyi serbest bırakmak için sadece egzoz ürünleri olan nitrojen gazı ve su ile oksijeni birleştirmek. Bu çok basit değil elbette. Çünkü amonyak düşük sıcaklıklarda yanmaz, bu nedenle birlikte başka bir yanma yakıtı kullanılması gerekir. Ayrıca yanma süreci iyi yönetilmezse, güçlü bir sera gazı olan büyük miktarlarda nitröz oksit salabilir.

Üçüncüsü, amonyağı doğrudan yüksek sıcaklıklı katı oksit yakıt hücresi için yakıt olarak kullanmak ve yan ürün olarak nitrojen ve su ile elektrik oluşturmaktır. Bu, enerji girdisinin yüzde 50’sini geri döndürdüğü için çok daha verimlidir. Buradaki dezavantaj, bu teknolojinin pahalı olması, yavaş çalışmaya meyilli olması ve düşük güç yoğunluğu sunmasıdır. Ancak tek bir yakıt deposundan hibrit bir sistem çalıştırmak ve patlama gücüne ihtiyaç duyulduğunda amonyak yakıtının bir yüzdesini hidrojene dönüştürmek mümkündür.

Geleneksel amonyak üretimi tam bir emisyon kabusu

Şu anda, amonyak üretimi kirli ve enerji yoğun bir süreçtir. Bugün üretilen hidrojenin çoğu, buharla dönüştürülmüş metan gazından hidrojenle başlar. Bu doğal gazı yerden çıkarmak her zaman atmosfere metan sızıntısına neden olur, bu inanılmaz derecede güçlü bir sera gazıdır ve buhar reformu süreci sadece çok fazla enerji kullanmakla kalmaz, aynı zamanda reaksiyonun bir parçası olarak karbondioksit salmaktadır.

Bu H2 moleküllerini atmosferden alınan N2 molekülleriyle birleştirmek için bu azot atomlarını bir arada tutan güçlü bağları kırmanız gerekir. Bu tipik olarak, iki gazın bir karışımını 400 °C’nin (752 °F) üzerine ısıtan ve sıvı amonyak oluşturmak için bir demir katalizör varlığında bunları yaklaşık 250 bar’a kadar basınçlandıran Haber-Bosch işlemi kullanılarak yapılır.

Söylemeye gerek yok, buradaki enerji maliyeti çok büyük ve çoğu tipik olarak fosil yakıtlardan geliyor. Amonyak çok büyük miktarlarda üretildiğinden – dünyada en çok üretilen ikinci kimyasaldır – şu anda dünya çapında fosil enerji kullanımının ve buna bağlı emisyonların yaklaşık yüzde 2’sinden sorumludur. Dahil olan kimyasal işleme ve kaçak metan emisyonlarını ekleyin ve amonyak, bir ülke mili ile endüstriyel kimyasal üretiminde tek en büyük kirleticidir.

Mevcut üretim seviyelerinde, tüm antropojenik sera emisyonlarının yaklaşık yüzde 1’inden amonyak sorumludur ve üretim yalnızca buradan yukarı doğru gitmektedir.

Sürdürülebilir amonyak üretimi

Haber-Bosch sürecinde fosil enerjinin yerine yeşil enerjiyi kullanarak ve metan reform sürecinden kaynaklanan CO2 emisyonlarının çoğunu ayırmak ve tecrit etmek için karbon yakalama ve depolamayı kullanarak mevcut amonyak üretim sürecinden kaynaklanan emisyonları azaltmak mümkündür. Yine de kaçak metan sızıntısını önlemek mümkün değildir, bu nedenle bu “mavi amonyak” yine de çevresel bir maliyete neden olur. Bir geçiş adımı olarak kabul edilebilir.

Gerçekten “yeşil amonyak”, elektroliz yoluyla hidrojen oluşturmak için yenilenebilir enerji kullanılarak ve ardından yeşil enerjiyle desteklenen bir Haber-Bosch sürecinden geçirilerek üretilebilir. Yenilenebilir enerjinin nispeten verimsiz bir kullanımıdır, ancak size gerçekten emisyonsuz bir amonyak kaynağı sağlar. Bu orta vadeli bir çözüm olarak düşünülüyor.

Yenilenebilir enerjiyi, suyu ve havayı ayrı bir hidrojen elektroliz işlemine ihtiyaç duymadan amonyağa dönüştüren ” ters yakıt hücresi ” teknolojisi dahil olmak üzere geliştirilmekte olan başka tamamen yeşil yöntemler de var. Bunlar oldukça verimli görünmeye başlıyor, ancak şu anda gelişmekte olan bir yeşil sıvı yakıt pazarına hizmet etmek şöyle dursun, mevcut tarımsal kullanımlar için gereken devasa amonyak hacimlerini üretmek için halen çok yavaşlar.

Bunun gibi elektrokimyasal çözümler, beyin ve paranın odaklanması gereken yerlerdir. Fosil yakıtlı yerleşiklerin iddiaları ne olursa olsun, bu devasa sanayi sektörü için sıfır emisyona giden en umut verici yoldur.

Özünde, amonyak kullanılabilir temiz bir yakıt olma potansiyeline sahiptir. Fakat buradaki yol henüz net değil. Yeni yeşil amonyak üretim yöntemleri geliştirmek ve ölçeklendirmek için önemli çalışmalar yapılması gerekiyor ve diğer yandan, depoladığı enerjiyi verimli ve güçlü kullanma yolları geliştirmek için önemli çalışmalar yapılması gerekiyor. Bu denklemin her iki tarafının da maliyet açısından rekabetçi hale gelmesi gerekecek ki eğer ucuzsa, kirli dizel değiştirilecek.

Ancak araştırmalar bu alanlarda buhar topluyor ve amonyak, mevcut ağları ve teknolojileri kullanarak depolamak, taşımak ve dağıtmak hidrojenden çok daha kolay olacak.

Benzer Yazılar