Ammoníak talið geta verið heppilegri orkumiðill en hreint vetni fyrir fjölþættar samgöngur

Það virðist ætla að verða raunin að rafdrifnir bílar í náinni framtíð verði annaðhvort drifnir áfram af rafmagni frá rafhlöðum eða rafmagni sem framleitt er um borð í bílunum sjálfum með vetnisknúnum efnarafal. Þriðji möguleikinn gæti þó allt eins orðið ofan á, en það er að nota ammoníak á efnarafalana í stað vetnis.

Gallinn við vetni hefur einna helst verið sá hversu eldfimt og rokgjarnt það er og hversu örsmáar sameindir þess eru. Þær geta nánast smogið í gegnum hvaða efni sem er, jafnvel stál. Því hefur vandinn ekki síst legið í smíði tanka til að geyma vetnið. Þetta virðist mönnum samt hafa tekist að leysa með þokkalegum hætti. Það er hins vegar líka hægt að umbreyta vetni í fljótandi ammoníak sem leysir mörg vandamál og er mun meðfærilegra til flutninga. 

Tilraun gerð í Ástralíu

Greint var frá tilraun í ástralska fjölmiðlinum New Atlas árið 2018 þar sem CSIRO, Iðnaðar-rannsóknarstofnun breska heimsveldisins í Ástralíu (Australia's Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) gerði prófanir á vetnisknúna efnarafalsbílnum Toyota Mirai. Einnig var notaður Hyundai Nexo vetnisbíll við þessar tilraunir. 

Í stað vetnis notuðu áströlsku vísindamennirnir ammoníak sem eldsneyti. Þá var efnarafalnum breytt á þann hátt að í honum var málm-mebra (gegnhleyp himna) sem aðskildi vetnið úr ammoníakinu um leið og það fór í gegnum efnarafalinn. Í raun mun vera um að ræða hina þekktu Haber-Bosch aðferð sem byggir á því að blanda köfnunarefni (N) saman við vetni (H₂) þannig að úr verði ammoníak (NH₃), nema að í Toyota vetnis-efnarafalnum var þessu efnaferli snúið við. Var þetta í fyrsta sinn í heiminum sem reynt er að keyra efnarafal sem nýtir vetni sem orkugjafa á ammoníaki. Það er samt ekki í fyrsta skipti sem reynt er að framleiða raforku í gegnum efnarafal sem notar ammoníak beint eða óbeint. Var m.a. gefin út ritgerð um slíka tilraun árið 2004.  

Einn helsti kosturinn við að nota ammoníak í stað vetnis er hversu auðvelt er að geyma það í tönkum og flytja það, auk þess sem ammoníak er nærri tvöfalt orkuríkara á hverja þyngdareiningu en vetni. Það þýðir að eldsneytistankar geta verið umtalsvert minni. Þá er auðvelt að gera ammoníak að fljótandi vökva við herbergishita undir 8 til 10 bara þrýstingi. Til að gera vetni fljótandi þarf að kæla það niður í -252,87 °C . 

Gæti flýtt ferlinu í orkuskiptum í samgöngum

Að nota ammoníak sem orkubera stóreykur möguleikana á orkuskiptum skipaflota heimsins og að knýja skip með rafmagni sem framleitt er með vetnisefnarafölum. Þetta gæti hugsanlega einnig stóraukið möguleikana á hönnun rafknúinna flugvéla. Auk þess er ammoníak nýtt í stórum stíl áburðarframleiðslu, þannig að með aukinni framleiðslu og breiðara notkunarsviði ætti það að geta leitt til lægri framleiðslukostnaðar á áburði.  

Tækniteymi CSIRO hannaði málm-membruna í  höfuðstöðvum Pullenvale Technology í Brisbane í Queensland i Ástralíu. Hún er þeim eiginleikum gædd að geta fullkomlega aðskilið vetnið frá köfnunarefninu þannig að eftir stendur mjög hreint vetni sem laust er við aðrar gastegundir. Dr. Larry Marshall, yfirmaður CSIRO, var meðal þeirra fyrstu sem fékk að prufukeyra bifreið á ammoníaki og gekk tilraunin vel. 

„Þetta markaði straumhvörf í orkunotkun,“ sagði dr. Marshall. „Við væntum þess að hönnun CSIRO muni auk möguleikana á að geyma hreina orku í framtíðinni og auðvelda flutning á henni á markað.“ 

Síðan þessi tilraun var gerð hafa tæknimenn CSIRO unnið að því að kynna þessa aðferðarfræði víða um heim, þó mest í Asíu.

ShipFC verkefnið miðar að því að setja tveggja megawatta ammoníak efnarafal í úthafsþjónustuskipið Viking Energy sem gert er út af Eidesvik og er það í samstarfi við orkufyrirtækið Equinor. Gert er ráð fyrir að prufukeyra skipið með þessum efnarafal í að minnsta kosti 3.000 klukkustundir. Í framhaldi af þeirri tilraun er ætlunin að skala verkefnið upp í 20 MW efnarafal fyrir úthafsflutningaskip. 

Skipaútgerðir sýna ammoníak-efnarafölum áhuga

Áhugi á ammoníakdrifnum efnarafölum hefur verið að stóraukast hjá stórskipaútgerðum að því er fram kom á vefsíðu VPO á nýliðinni Þorláksmessu. Er þar m.a. vísað til ShipFC verkefnisins sem hlotið hefur styrk frá rannsóknar- og nýsköpunarverkefni ESB (Horizone 2020). ShipFC verk-efnið miðar að því að setja tveggja megawatta ammoníak efnarafal í úthafsþjónustuskipið Viking Energy sem gert er út af Eidesvik og er það í samstarfi við orkufyrirtækið Equinor. Gert er ráð fyrir að prufukeyra skipið með þessum efnarafal í að minnsta kosti 3.000 klukkustundir. Í framhaldi af þeirri tilraun er ætlunin að skala verkefnið upp í 20 MW efnarafal fyrir úthafsflutningaskip. 

Dr. Michail Cheliotis hefur unnið að þessu máli í samstarfi við Strathclyde háskóla. Hann segir að þótt ammoníak hafi vissa galla eins og hættu á tæringu, þá hafi löng reynsla í meðhöndlun þess yfirunnið þau vandamál. Þá stafi ekki nærri eins mikil sprengihætta af ammoníaki eins og vetni auk þess sem það sé orkuríkara og taki mun minna rúmmál í geymslu. Þá nýtist líka mikil reynsla fyrir hendi í meðhöndlun á fljótandi gasi. Eins útheimti efnarafalar mun minna pláss en hefðbundinn vélbúnaður sem gengur fyrir dísilolíu og auki því flutningsrými um borð í skipunum. 

Um 235 milljónir tonna af ammoníaki framleiddar í heiminum

Ammoníaksframleiðsla heimsins á árinu 2019 var um 235 milljónir tonna. Af því voru yfir 100 milljón tonn af ammoníaki flutt með skipum víða um heim, en um þriðjungur heimsframleiðslunnar fer til framleiðslu á áburði.

Búist er við að miðað við óbreyttar forsendur verði ammoníak-framleiðslan komin í 290 milljónir tonn árið 2030, en hún gæti aukist enn frekar ef ammoníak verður tekið upp sem orkumiðill í samgöngum.  

Ammoníak er auðvelt að framleiða á Íslandi með hreini raforku og var reyndar gert um langt árabil í áburðarverksmiðjunni í Gufunesi sem nú er að verða að kvikmyndaveri. Áburðarverksmiðjan var reist á árunum 1951 til 1954 og framleiddi ammoníak og áburð fram til 1. október 2001 þegar gassprenging varð í verksmiðjunni.