Потенциал аммиака: не только удобрение, но и чистая энергия
Почему в мире активно внедряются технологии производства низкоуглеродистого аммиака и какие преимущества у Украины для развития такого производства? (укр)
Енергетичний перехід і досягнення кліматичної нейтральності до 2050 року, що поставили собі за ціль як Європейський Союз, так і Україна, вимагає структурних змін і трансформації цілих сегментів економіки.
Один із світових трендів — це переосмислення ролі і місяця аміаку, зокрема в енергетичному секторі, а також перегляд підходів до його виробництва.
Сьогодні у світі виробляється близько 200 млн тонн аміаку на рік. Загальний розмір світового ринку оцінюється в понад 100 млрд доларів.
Сценарій сталого розвитку Міжнародного енергетичного агентства (Sustainable Development Scenario, SDS) передбачає, що до 2050 року попит на аміак зросте удвічі, а можливо і більше.
Чому? Тому що розширюється спектр його застосування. Наразі є усталена думка, що аміак - це насамперед добрива. Дійсно, на сьогодні ця сполука - найбільш використовується у відповідному секторі хімічного виробництва.
Більше того, найближчим часом важливість аміачних та інших добрив лише зростатиме. Так само, як в енергетичній сфері, агресія росії проти України спричинила суттєві проблеми і у виробництві, і постачанні добрив, збільшила їх дефіцит і створила додаткові ризики для глобальної продовольчої безпеки. Тож попит на аміак у цьому контексті залишатиметься значним.
Однак все більшого значення аміак набуває також в контексті "зеленого" переходу і використання в енергетиці.
Один з перспективних напрямів розвитку кліматично нейтральної енергетики — це виробництво "зеленого" водню. Станом на 2021 рік було анонсовано понад 520 нових проєктів чистого водню.
Проте моделювання розвитку водневої економіки стикається з двома головними проблемами: низькою енергетичною щільністю цього газу і складністю його транспортування.
Аміак же має більш високу щільність енергії, його набагато легше зберігати та транспортувати. Тож він може конкурувати з воднем у контексті потенційного використання безпосередньо як палива.
Більше того, він розглядається як синтетичне паливо з найнижчим вмістом вуглецю. До того ж IAE (Міжнародне енергетичне агентство) прогнозує, що витрати на виробництво аміаку падатимуть швидше до значно нижчих рівнів, ніж метанолу або гасу.
Хто і як виробляє аміак
На сьогодні у світі найбільше аміаку виробляють з газу (70-75%) і вугілля (майже 25%), на інші способи припадає менше 2%.
У Китаї сконцентровано 30% світових виробничих потужностей, з яких 85% залежать від запасів вугілля.
На Близький Схід, США, Росію, Європейський Союз та Індію припадає по 8-10%, причому виробництво аміаку на Близькому Сході, у США та Росії забезпечується відносно дешевим природним газом власного видобутку.
Термін служби заводу з виробництва аміаку — близько 50 років. При цьому якщо у Китаї середній вік заводу становить 12 років, то у Європі — 40. Тобто виробничий запас цих активів наближається до кінця, а технології, які використовуються у виробництві, є застарілими.
Внаслідок зносу неефективних виробничих потужностей та подальшої залежності виробництва аміаку з вугілля, в середньому виробництво тонни аміаку призводить до 2,4 тонни прямих викидів CO2.
Отже, аміак має удвічі більший вуглецевий слід, ніж сира сталь, і в чотири рази більший, ніж цемент (за масою).
Необхідність зменшення викидів вуглецю
У контексті енергетичного переходу питання скорочення викидів вуглецю при виробництві аміаку є одним із найбільш гострих на сьогодні. Існуючі технології відкривають три основних шляхи для досягнення цієї цілі:
- Зменшення викидів CO2 з існуючих потужностей з виробництва аміаку за допомогою систем уловлювання та зберігання вуглецю (сarbon capture and storage, CCS), або електрифікації.
- Використання електролізу, який забезпечується чистою електроенергією.
- Отримання водню з біомаси з уловлюванням вуглецю з подальшим синтезом аміаку з біоводню.
Ці шляхи не є взаємовиключними. Навпаки, існують численні варіанти їх поєднання, які можна комбінувати для досягнення балансу між скороченням викидів парникових газів, швидкістю і масштабами впровадження, а також вартістю виробництва і транспортування. Найвигідніший спосіб виробництва низьковуглецевого аміаку залежить від географії: через доступність місцевих ресурсів та інфраструктури.
Основними викликами при виробництві "зеленого" аміаку є вартість електроенергії, а також обмежені обсяги глобального виробництва електролізерів.
Тобто розміщення відповідного виробництва аміаку є доцільним у регіонах, де є достатньо електроенергії, що вироблена з альтернативних невикопних джерел. А питання забезпечення електролізерами також має бути вирішено завчасно.
Переваги України
На сьогодні потужності з виробництва аміаку в Україні складають близько 4,8 млн тонн на рік: Одеський припортовий завод може виробляти до 3,4 млн тонн/рік, Черкаський "Азот" – 1 млн тонн/рік, "Рівнеазот" — 0,4 млн тонн/рік.
Основні способи виробництва базуються на газі: SMR — паровий риформінг метану (Steam Methane Reforming); ATR - автотермічний риформінг метану (Autothermal reforming).
Прямі викиди вуглецю при виробництві однієї тонни аміаку складають: 1,8 тонн для технології SMR та 1,6 тонн – для ATR. При застосуванні технологій CCS обсяги викиду вуглекислого газу для обох способів скоротяться до 0,1 тонни.
Ще однією перевагою для України є наявність великої розгалуженої системи газопроводів і законсервованих свердловин, тобто є необхідна інфраструктура для транспортування і зберігання CO2.
Разом зі згаданою системою свердловин в Україні також є 800-кілометровий аміакопровід "Горлівка — Одеса" з потужністю до 2,5 млн тонн на рік та значний флот залізничних і автомобільних цистерн для транспортування аміаку.
В Україні вже впроваджене відповідне законодавство, яке створює нормативно-регуляторне поле для комерційного обігу аміаку, який може бути і низьковуглецевим.
Безумовно, не можна забувати і про існуючі в Україні потужності з виробництва аміачних добрив. Вже згаданий дефіцит на добрива на світових ринках, як нещодавно зазначала агенція Bloomberg, перетворює їх на "стратегічний важіль глобального впливу".
Отже, для нашої країни розвиток відповідного виробництва також може стати стратегічною перевагою.
Хороша новина в тому, що наша країна має як виробничі, так і логістичні потужності, що в перспективі можуть забезпечувати не лише внутрішні потреби в аміаку і добривах, але і їхній експорт на глобальний ринок.
Звичайно, зважаючи на перспективи суттєвого зростання споживання аміаку, необхідно працювати і над створенням нових проєктів з його виробництва.
Тут доцільною буде кластеризація та створення нових промислових зон (індустріальних парків) з акцентом саме на "зелений" аміак — у регіонах з високою концентрацією виробництва відновлюваної енергії, і "блакитний" — в регіонах газонафтовидобутку.
Резюме доволі просте і логічне: світові тенденції з енергетичного переходу, залученість України до європейських довготермінових планів розвитку низьковуглецевої енергетики, а також наявність власних виробничих та логістичних потужностей роблять розвиток низьковуглецевого аміаку не просто перспективним напрямком для України, а й можуть стати її конкурентною перевагою у середньо- і довгостроковій перспективі.
Тож маємо максимально ефективно використати наявний потенціал!