Visions of Tomorrow – Engineered Today
Search

Vihreä ammoniakki – ratkaisu ilmastonmuutoksen torjuntaan?

Kirjoittanut Heidi Käkelä
Julkaistu

Venäjän hyökkäyssota Ukrainaa vastaan vaikutti Euroopan energiakehitykseen enemmän kuin monikaan osasi odottaa. Siksi vihreää vetytaloutta koskevien suunnitelmien edistäminen on nyt tärkeämpää kuin koskaan. Vihreä ammoniakki on yksi parhaista ratkaisuista nopeaan siirtymään kohti hiilineutraalia Eurooppaa. Sen käyttö on taloudellisesti järkevää ja sen polttaminen edistää suoraan hiilineutraaliustavoitteiden saavuttamista. Ammoniakin käyttö laivojen polttoaineena on yksi lupaavimmista tulevaisuuden käyttökohteista.

 

Vihreän ammoniakin sanotaan olevan merkittävä ratkaisu merenkulun päästöongelmiin. Sitä pidetään yhtenä ainoista skaalautuvista polttoaineista, joilla voidaan saavuttaa Pariisin ilmastosopimuksen vähennystavoitteet. Vihreää ammoniakkia on tarkoitus tuottaa useita satoja megawatteja Omanissa, Australiassa, Portugalissa ja Intiassa. Se ei ole vetyä, mutta voisi hyvinkin toimia juuri niin kuin vety.

Ensi kuulemalta ammoniakki vaikuttaa suhteellisen oudolta vaihtoehdolta ilmastoystävällistä teknologiaa varten. Koko Euroopan unionin kasvihuonekaasupäästöistä 35 megatonnia on peräisin lannoiteteollisuudesta, josta ammoniakin tuotanto muodostaa valtaosan, noin 30 miljoonaa tonnia. Suurin osa näistä päästöistä aiheutuu harmaan vedyn tuotannossa käytettävästä metaanin höyryreformointiprosessista (SMR). SMR on olennainen osa globaalisti tärkeintä ammoniakin tuotantomenetelmää, Haber–Bosch-prosessia.

Ammoniakin tuotannon keskimääräinen päästökerroin on noin 2,6 tonnia hiilidioksidia ammoniakkitonnia kohti, mikä tekee siitä yhden eniten päästöjä aiheuttavista kemiallisista tuotantoprosesseista. Noin 1,8 prosenttia eli 500 miljoonaa tonnia maailman kaikista hiilidioksidipäästöistä aiheutuu ammoniakin tuotannosta, joten prosessin kehittämisellä saavutettavat vähennykset eivät ole merkityksettömiä. Ne saattavat olla keskeisessä roolissa, kun maailmantaloutta muutetaan hiilineutraalimmaksi.

Harmaasta ammoniakista vihreään

Helpoin tapa tuottaa vihreää ammoniakkia on yhdistää ammoniakin perinteinen tuotantotekniikka, Haber–Bosch-menetelmä, vihreän vedyn lähteeseen, jolloin sen tuotantoprosessin kasvihuonekaasupäästöt vähenevät nollaan. Vedyn tuotantoprosessi määrittää sen, kuinka ympäristöystävällinen ammoniakin tuotantoprosessi puolestaan on, joten mahdollisten teknologisten vaihtoehtojen kuvaamiseen käytetty väriskaala on yhtä laaja: harmaa, sininen, turkoosi, keltainen, vaaleanpunainen ja vihreä.

Sininen ja turkoosi vedyntuotanto ovat hiilineutraaleja sovelluksia Haber–Boschin reaktiosta, erityisesti SMR-prosessista, jossa ammoniakkisynteesiin tarvittava vety erotetaan maakaasusta ja hiili reagoi hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia. Keltaisen, vaaleanpunaisen ja vihreän vedyn tuotanto sen sijaan perustuu elektrolyysiin, jossa vetyä tuotetaan sähköistetyn kalvon avulla. Keltaista vetyä valmistetaan sähköverkosta saatavalla sähköllä ja vaaleanpunaista vetyä ydinenergian avulla, kun taas vihreää vetyä tuotetaan uusiutuvalla energialla, jolloin se on päästötöntä.

 

Yksi lupaavimmista tulevaisuuden käyttökohteista on ammoniakin hyödyntäminen laivojen polttoaineena, mikä mahdollistaisi merkittävät ja nopeat päästövähennykset yhdellä strategisesti tärkeällä ja erittäin päästöintensiivisellä alalla.

 

Ammoniakkia käytetään teollisuudessa laajalti ympäri maailmaa

Ammoniakkia käytetään laajalti ympäri maailmaa, erityisesti lannoitteiden tuotannossa. Ammoniakki, typpihappo, fosfori, kalsiumnitraatti ja kalium ovat tärkeimpiä kasviravinteiden lisäainelähteitä, jotka ovat mahdollistaneet maataloustuotannon kasvun ja siten edesauttaneet kulttuuria ja yhteiskuntaa kehittymään sellaisiksi kuin me ne nykyään tunnemme. Ammoniakkia käytetään myös muun muassa jäähdytysaineena, monien muovien ja väriaineiden keskeisenä ainesosana sekä typpioksidipäästöjen valvonnassa käytettävässä SCR-prosessissa.

Yksi lupaavimmista tulevaisuuden käyttökohteista on ammoniakin hyödyntäminen laivojen polttoaineena, mikä mahdollistaisi merkittävät ja nopeat päästövähennykset vielä yhdellä strategisesti tärkeällä ja erittäin päästöintensiivisellä alalla. Merenkulun osuus maailman kasvihuonekaasupäästöistä on nykyään 3 prosenttia. Vaikka paljon on vielä tehtävää, aluksia ja moottoreita sekä jälkiasennetaan että uudelleenrakennetaan vastaamaan IMO:n ja merenkulkualan yhteisön vuonna 2018 antamaan lupaukseen vähentää merenkulun kasvihuonekaasupäästöjä 50 prosentilla vuoteen 2050 mennessä.

Ennen 2020-luvun puoliväliä toteutettaviksi suunniteltuihin ratkaisuihin kuuluu täysin ammoniakkikäyttöisiä moottoreita ja ammoniakkikäyttöön muokattuja LNG-moottoreita, mikä kasvattaa ammoniakin kysyntää globaaleilla markkinoilla entisestään. Yksi esimerkki näistä on Elomaticin kehittämä konsepti (ARLFV), jonka avulla LNG-polttoaineella toimiva alus voidaan muuntaa ammoniakkikäyttöiseksi mahdollisimman pienin kustannuksin, kun vihreää ammoniakkia on saatavilla.

Markkina-analyytikoiden ennusteiden mukaan ammoniakkimarkkinoiden arvo kasvaa vuoden 2021 lähes 72 miljardista Yhdysvaltain dollarista yli 110 miljardiin dollariin vuoteen 2028 mennessä, johtuen erityisesti Itä-Aasian väestönkasvusta. Tulevaisuudessa vihreää ammoniakkia voidaan käyttää vieläkin laajemmin.

 

Synteettisiä typpilannoitteita käyttävän väestön määrä globaalisti

Synteettisiä typpilannoitteita käyttävän väestön määrä globaalisti

Vihreä ammoniakki mahdollistaa nopean siirtymisen vetytalouteen

Lyhyellä ja keskipitkällä aikavälillä tarkasteltuna vihreä ammoniakki on hyvä vaihtoehto vedyn käytölle, erityisesti taloudellisen käytettävyyden kannalta. Vaikka vedyn tuotantoprosessin muuttaminen vähentää päästöjä, vedyn varastoiminen pitkiksi ajoiksi on haastavaa. Vetymolekyyli on maailman pienin molekyyli, joten se läpäisee säiliöitä ja putkistoja nopeasti, noin prosentin verran päivässä. Jotta tuotettua vetyä voidaan käyttää maailmanlaajuisissa toimitusketjuissa, on sen sisällettävä kantaja-ainetta. Keskeisimpiin kantaja-aineisiin lukeutuvat nykyisin synteettinen metaani ja nestemäiset polttoaineet, joita tuotetaan talteenotetusta hiilidioksidista, sekä vihreä ammoniakki.

Vihreän ammoniakin etuja kilpailijoihin nähden ovat yhtäältä sen hintatason tasaantuminen harmaaseen ammoniakkiin verrattuna ja toisaalta se, että se ei sisällä hiiltä. Ammoniakin hinta on vahvasti sidoksissa kohtuuhintaisen maakaasun saatavuuteen, joka on ollut vuodesta 2020 lähtien alttiina monille häiriöille, kuten kahdelle pitkälle talvelle, yhdelle tuhoisalle hurrikaanikaudelle, kovalle kilpailulle nesteytetyn maakaasun markkinoilla Aasiassa ja heikolle vesisähkötuotannolle Euroopassa ja Yhdysvalloissa – maailmanlaajuisen pandemian aiheuttamien epävarmuustekijöiden lisäksi. Epävakaa ja korkea markkinahinta sekä jatkuvasti tiukentuva sääntely metaanin käytölle vaihtoehtona muille fossiilisille polttoaineille mahdollistavat ainakin tällä hetkellä vihreän ammoniakin käytön fossiilisten vaihtoehtojen sijasta.

Ehkä vieläkin tärkeämpää on kuitenkin se, että ammoniakki on täysin hiilivapaa vaihtoehto sekä polttoaineeksi että vedyn kantaja-aineeksi, minkä ansiosta sen polttaminen voi edistää suoraan liiketoiminnalle asetettuja hiilineutraaliustavoitteita nyt ja lähitulevaisuudessa. Ei siis ihme, että ammoniakin muuntokapasiteetti on huomioitu monissa maailman suurimmissa vihreää vetyä koskevissa hankkeissa, kuten Meridian Energyn 600 megawatin hankkeessa Uudessa-Seelannissa, useissa Yaran hankkeissa Norjassa ja H2 Magallanes ‑hankkeessa Etelä-Chilessä.

 

Maakaasun hinnan ja niukkuuden vuoksi maailmanlaajuinen kiinnostus vihreää ammoniakkia kohtaan on nyt suurta, ja se houkuttelee yrityksiä yhteistyöhön myös Euroopan unionin alueella.

 

Pohjoismailla paljon tarjottavaa vihreän ammoniakin tuotantoon

Vaikka Suomella ei ole erillistä vetystrategiaa, vaan vedyn käyttö sisältyy yleiseen energiastrategiaan, vedyn ja ammoniakin kotimaiselle tuotannolle on vahva pohja, kuten erittäin kilpailukykyinen sähkön hinta, vahva sähköinfrastruktuuri ja kunnianhimoiset tavoitteet tuulivoiman tuotantokapasiteetille: 5 000 MW vuoden 2022 loppuun mennessä ja 10 000 MW vuoteen 2025 mennessä. Suomessa voidaan myös ottaa elektrolyysiprosessin hukkalämpöä talteen ja syöttää sitä laajoihin kaukolämpöverkkoihin, ja puhdasta vettä on helposti saatavilla.

Suomen ja muiden Pohjois-Euroopan maiden kyky vähentää rajusti päästöjä ja siten ammoniakin tuotannon taloudellisia riskejä vaikuttaa myös koko Euroopan alueen huoltovarmuuteen. Euroopan vety- ja ammoniakkituotanto on ollut vahvasti riippuvaista venäläisen maakaasun saatavuudesta. Tämä on jo pitkään ollut energiaturvallisuuskysymys, ja helmikuusta 2022 lähtien se on ollut kuin merkki vanhentuvasta maailmanpolitiikan aikakaudesta. Euroopan unionin ja sen jäsenvaltioiden on nyt järjestettävä ammoniakin kysyntänsä uudelleen, jotta ne voivat vastata Kiinasta, Intiasta tai Yhdysvalloista tulevan metaanin tarjontaan. Vaihtoehtoisesti niiden on keskityttävä uuteen, kotimaiseen tuotantoon, joka on vähemmän altis kansainvälisille kriiseille.

Maailmanlaajuinen kiinnostus on herännyt

Maakaasun hinnan ja niukkuuden vuoksi maailmanlaajuinen kiinnostus vihreää ammoniakkia kohtaan on nyt suurta, ja se houkuttelee yrityksiä yhteistyöhön myös Euroopan unionin alueella. Vety- ja ammoniakkituotannon yhdistämiseen on suunnitteilla useita merkittäviä investointeja, kuten alankomaalaisen konsortion vastikään julkaisema, Rotterdamin satamaan suunniteltu ACE Terminal ‑hanke.

Terminaalista tulee keskeinen osa sataman pyrkimyksiä tarjota laajamittainen vetyverkosto Maasvlakten alueella. Verkosto tarjoaisi vihreää ja sinistä vetyä ja ammoniakkia muun muassa Uniperilta, Horisont Energilta ja Chariotilta, yhdistäen kahden mantereen hankkeet keskellä Eurooppaa. Ammoniakkikaupan keskittäminen Euroopassa Rotterdamiin on selvä askel kohti avoimia markkinoita.

Suomella ja muilla Pohjoismailla on hyvät mahdollisuudet osallistua tähän kehitykseen, ja sen avulla voimme todennäköisesti siirtyä hiilineutraaliin talouteen nopeammin kuin muiden synteettisten polttoaineiden avulla. Vetypohjaisen talouden luomisen edistäminen ammoniakin avulla on nyt tärkeää. Ei pelkästään taloudellisten hyötyjen vuoksi, vaan myös Ukrainan sodan pahentamien, huoltovarmuutta koskevien haasteiden vuoksi.

Vanha haiseva ammoniakki saattaa olla outo valinta globaalin ilmastokatastrofin torjuntaan, mutta sitä on helposti saatavilla – ja sen avulla voisimme voittaa ainakin hetken lisäaikaa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.

Heidi Käkelä

M.A. Anthropology
(B.Eng. Energy Technology)

Heidi is an environmental anthropologist and energy engineer. Before dunking her foot into STEM, she worked as a researcher studying community responses and disaster reconstruction in the Caribbean, Australia Pacific and Asia, and as an educator in Finland. She is part of Elomatic’s International Finance Institutions (IFI) team, which provides engineering expertise for large international development projects, particularly in Central and East Asia as well as Ukraine. She also goes spelunking in EU regulations and funding.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

22/11/2022

Kuinka varmistamme teollisuuden resilienssin tulevana talvena?

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Meneillään oleva energiakriisi on pakottanut meidät miettimään, kuinka turvaamme kriittisen infrastruktuurin ja tuotantotoiminnan. Konkreettisia toimia ovat esimerkiksi varapolttoainejärjestelmien toteuttaminen ja siirtyminen pois maakaasusta tuotantolaitoksissa. Kun aivan akuuteimmasta tilanteesta on selvitty, on oman toiminnan uhkakuvia ja...

Read more » Lue lisää »
Blog

Copyright © 2020 – Elomatic, All rights reserved