Čpavek je palivem pro výrobu hnojiv a je také vysoce energetický a emituje velké množství CO2.
Výzkumníci z University of Illinois Chicago (UIC) spolu s RMIT University Melbourne rozvíjejí na základě projektu inovativní čistší a nákladově efektivní přístupy k výrobě čpavku.
Přehodnocení Haber-Boschova procesu
Výroba čpavku v současnosti zahrnuje Haber-Boschův proces, který je energeticky a vodíkově náročný; značná část vodíku pochází z fosilních paliv. Díky těmto vlastnostem je čpavkový průmysl významným přispěvatelem ke globálním emisím CO2.
Novou metodu – lithiem zprostředkovanou syntézu amoniaku (LMAS) – vymyslel a vyvinul tým na Illinoiské univerzitě v Chicagu. Hlavní proces spočívá ve využití lithiové elektrody při vedení reakcí s dusíkem a vodíkem.
Související článek
Díky tomu odpadají teplotní procesy. To, co jej skutečně odlišuje od ostatních, je, že LMAS má potenciál drasticky snížit výrobní náklady. Tradiční zelený čpavek, vyráběný například z obnovitelného vodíku, bývá drahý a jeho cena se pohybuje od 750 do 888 dolarů (přibližně 18 000 – 21 300 korun) za každou vyrobenou tunu.
Technologie LMAS by mohla tuto cenu snížit až o 60 %, takže by bylo možné vyrábět čpavek již za 450 dolarů (přibližně 11 000 korun) za tunu. To je tak obrovský přínos, jaký lze očekávat, zejména proto, že klíčová složka, která se v celé věci používá – etanol – se masově vyrábí a je relativně levná.
Jedná se však stále o velmi slibnou technologii, která má určité kritické připomínky, pokud jde o snižování nákladů, protože je sporné, zda by se tato technologie v dlouhodobém horizontu ukázala jako efektivnější a ekonomicky výhodnější, než se tvrdí.
Výroba čpavku obráceným způsobem
Tady venku ve světě vynalézají vědci z RMIT University v Melbourne radikálně odlišnou koncepci výroby čpavku. Poprvé sestrojili katalyzátor z tekutého kovu z mědi a galia pro syntézu amoniaku.
Tyto „nanoplanety“ fungují dobře i při nižších úrovních tlaku a teploty ve srovnání s tradičními, protože vyžadují pouze tlak 4 bary a teplotu 400 stupňů C namísto obvyklých 200 barů a 500 stupňů C.
Z výzkumu vyplývá, že tato metoda vyžaduje o 20 % méně tepla a o 98 % nižší tlak než konvenční výroba amoniaku (například tato, která se má vyrábět v Americe), což by znamenalo velký potenciál úspory energie. Katalyzátor je při štěpení dusíku a vodíku tak účinný, že umožňuje výrobu ve velmi velkém měřítku při zachování mnohem menší uhlíkové stopy.
Tento proces může hrát velmi důležitou roli ve vodíkovém hospodářství, protože umožňuje, aby se čpavek stal mnohem bezpečnějším a účinnějším nosičem pro skladování a přepravu vodíku. V budoucnu by to mohlo umožnit prodej zelené energie namísto plýtvání ztrátami při přeměně spojenými s přepravou energie na velké vzdálenosti.
Od hnojiv k palivu: Čpavek jako budoucnost
Důsledky těchto dvou technologií mohou ve skutečnosti přesahovat rámec výroby čpavku. Čpavek by měl v budoucnu plnit důležitou úlohu čistého paliva pro lodní dopravu, protože jej lze na požádání přeměnit na vodík.
Kromě katalyzátoru z tekutých kovů RMIT a LMAS nabízejí cesty k udržitelnější budoucnosti pro průmyslová odvětví závislá na čpavku prostřednictvím snížení uhlíkové stopy spojené s výrobou čpavku. Skutečnou zkouškou však bude rozšíření těchto technologií tak, aby uspokojily celosvětovou poptávku.
Emise životního cyklu technologie LMAS na bázi lithia musí být ještě stanoveny, stejně jako otázky účinnosti a škálovatelnosti obou metod. Nicméně oba týmy své technologie aktivně zdokonalují. Ve spolupráci s průmyslovými partnery zkoumají cesty komercializace.
Tyto špičkové procesy výroby amoniaku, které se opírají o syntézu s využitím lithia a katalýzu kapalných kovů, mají potenciál revolučně změnit spotřebu energie, náklady a emise CO2. Mohly by, jakkoli je to obtížné, výrazně přispět k dekarbonizaci průmyslových odvětví a významně přispět k té nejperspektivnější a nejnadějnější budoucnosti (jako je ta, která byla objevena ve 20 milionů let starém dole ve Finsku).