Аммиак — корабельное топливо будущего?

«Кто владеет нефтью, тот правит миром» ,— эта знаменитая сентенция принадлежит не политику или нефтяному магнату, ее в самом начале XX века высказал адмирал сэр Джон Фишер, знаменитый Первый Морской лорд и реформатор Королевского флота, один из создателей того, что сегодня мы называем геополитикой. Именно по его настоянию правительство Великобритании инвестировало в покупку акций Англо-Персидской нефтяной компании, известной сегодня как BP.

Несмотря на то, что сегодня, в условиях кризиса нефтяного перепроизводства, это высказывание, очевидно, требует серьезного пересмотра, его исходное основание остается верным и актуальным. Это основание состоит в том огромном значении, которое морская торговля и морские коммуникации имеют для мировой экономики и политики. По данным Конференции ООН по торговле и развитию (UNCTAD), на судовые перевозки приходится 80% грузооборота мировой торговли [1].

В начале XX века лидерство на море было связано с переходом от угля к нефти. Что же должно заменить нефтяное судовое топливо на кораблях XXI века? В эпоху энергетического перехода это топливо должно отвечать, в первую очередь, на вызов декарбонизации. По оценкам Международного совета по чистому транспорта (ICCT), морские перевозки к 2050 году будут ответственны за 17% антропогенной эмиссии парниковых газов [2].

Карта эмиссии парниковых газов морским транспортом по состоянию на 2015 год. Источник: Financial Times

Судовым топливом будущего должен стать аммиак, производимый из «зеленого» водорода. По крайней мере, так считает международный консорциум в составе норвежского нефтяного гиганта Equinor, финской двигателестроительной компании Wärtsilä, немецкого концерна MAN Energy Solutions, корейской судостроительной корпорации Samsung Heavy Industries, малайзийской судоходной компании MISC Berhad и крупнейшего в мире морского классификационного общества — Регистра Ллойда [3]. В 2023 году они намерены пустить в эксплуатацию первое в мире судно на аммиаке — принадлежащий норвежской нефтесервисной компании Eidesvik корабль Viking Energy, обслуживающий оффшорные нефтяные платформы. На специально переоборудованном корабле будет смонтирована система хранения жидкого аммиака, аммиачные топливные элементы, которые разрабатывают MAN и Wärtsilä, и электродвигатели, которые будут питаться от этих топливных элементов.

Корабль Viking Energy

Амбициозный и рискованный характер проекту придает то, что в настоящее время в мире нет ни одного образа судовой энергетической установки на аммиаке, и сама возможность создания такой установки с достаточно высоким КПД и низким уровнем выбросов NOx вызывает обоснованные сомнения. Впрочем, описанный консорциум — не единственный, ведущий работу в этом направлении: аналогичные задачи решают в Японии концерн IHI совместно с Киотским университетом [4], а также Университет Делавэра в США в рамках финансирования со стороны ARPA-E [5].

Запрос на технологию углеродно-нейтральной и при этом экономичной главной судовой энергетической установки чрезвычайно велик в силу обязательства Международной морской организации (IMO) снизить к 2050 эмиссию парниковых газов морским транспортом как минимум в 2 раза по сравнению с уровнем 2008 года [6]. По оценке Международного морского форма (GMF) и Университетского колледжа Лондона, достижение этой цели создаст крупный рынок и потребует в ближайшие 30 лет инвестиций в размере $1,0–1,4 трлн [7]. Эта оценка основана как раз на сценарии применения аммиака как «зеленого» судового топлива. Альтернативный сценарий, который рассматривает ICCT, — применение на кораблях компримированного или сжиженного водорода, о чем мы уже писали.

Маршруты морской торговли аммиаком и портов, располагающих инфраструктурой по отгрузке (синие точки) и приему (красные точки) аммиака по состоянию на 2017 г. Источник: Royal Society

В обзоре по проблеме аммиака как энергоносителя, подготовленном Лондонским королевским обществом [8], вводятся три типа аммиака, обозначаемые цветами, — по аналогии с водородом в зависимости от технологии производства и величины углеродного следа:

Приведенная стоимость аммиака (€ за тонну) и эмиссия парниковых газов при производстве аммиака (тонна на тонну аммиака). Источник: Royal Society

Технология производства «зеленого» аммиака объединяет хорошо отработанные технологии электролиза воды и процесса Габера — Боша, ее TRL достигает 5–9 в зависимости от исполнения. Пилотные установки-демонстраторы производительностью 20–30 кг в день работают в Фукусимском институте возобновляемой энергетики (AIST) в Японии и Лаборатории Резерфорда — Эплтона (RAL) в Великобритании [9].

Принципиальная схема производство “зеленого” аммиака с использование батареи твердо-оксидных электролизных ячеек (SOEC), разрабатываемых в проекте SOC4NH3. Источник: Royal Society

Оригинальную разработку альтернативной технологии получения углеродно-нейтрального аммиака ведет датская компания Haldor Topsøe в кооперации с Орхусским университом, Техническим университетом Дании, датским системным оператором и компаниями Vestas, Equinor и Ørsted в рамках проекта SOC4NH3 [10]. Цель проекта — создание батареи твердо-оксидных электролизных ячеек, способных осуществлять одновременно электролиз воды и сепарацию воздуха с выделением кислорода. Ожидается, что эта технология позволит на 5–10% снизить расход энергии на производство аммиака.

Принципиальная схема производства и применения аммиака в качестве энергоносителя и химического сырья. Источник: Royal Society

Дополнительный стимул проектам, связанным с «зеленым» водородам, в частности, проектам по производству и применению углеродно-нейтрального аммиака должно придать то, что поддержке таких водородных проектов уделяется очень большое внимание в рамках новой, пост-коронавирусной редакции «Европейской зеленой сделки» — пакета мер «Зеленой сделки по восстановлению экономики» [11]. В частности, в сфере водородной энергетики теперь будет использован такой хорошо зарекомендовавший себя механизм косвенного субсидирования, как контракты на разницу цен (CfD). Механизм предполагает заключение контракта между консорциумом, реализующим проект в области производства «зеленого» водорода, и назначенной ЕС банковской структурой, по которому эта структура обязана компенсировать консорциуму потери, возникшие ввиду потенциальной разницы между заявленной в проекте ценой водорода и той ценой, которая установится на момент выхода проекта на рынок. Таким образом, в рамках «Зеленой сделки» за счет CfD, по сути, страхуется маржинальность первой волны водородных проектов, попадающих под действие пакета мер ЕС.

Подготовлено IC ENERGYNET / Автор: Игорь Чаусов

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.