Аммиак — корабельное топливо будущего?
Морская индустрия в поисках углеродно-нейтрального горючего
«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. Самая известная реформа Фишера — перевод британского флота с угля на жидкое нефтяной топливо. Вслед за военным последовал и торговый флот. Использование передового для того времени энергоносителя обеспечило как технологическое лидерство в кораблестроении, так и геополитическое лидерство Британской империи на морских коммуникациях вплоть до Второй мировой войны. Именно по настоянию Фишера 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 кардинального 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 — не меньшее, но даже большее, чем в начале XX века. По данным Конференции ООН по торговле и развитию (UNCTAD), на судовые перевозки в 2019 году пришлось 80% грузооборота мировой торговли [1].
В начале XX века лидерство на море было связано с переходом от угля к нефти. С каким топливом, способным заменить нефтяное судовое топливо, лидерство будет связано в XXI веке? В эпоху энергетического перехода это топливо должно отвечать, в первую очередь, на вызов декарбонизации. По оценкам Международного совета по чистому транспорта (ICCT), морские перевозки сегодня формируют 3–5% от общемировых выбросов углекислого газа, а к 2050 году, если не обеспечить декарбонизацию водного транспорта, будут ответственны за 17% антропогенной эмиссии парниковых газов [2].
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.
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.
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:
- «Коричневый» аммиак — из природного газа без использования технологий фиксации углекислого газа. Его стоимость без учета платы за эмиссию оценивается в €170–320 за тонну.
- «Голубой» аммиак — из природного газа с применением технологии CCUS. Стоимость без учета платы за эмиссию оценивается в диапазоне €190–360 за тонну в зависимости от того, на всех ли стадиях процесса используется технология CCUS.
- «Зеленый» аммиак — из «зеленого» водорода, произведенного электролизом с использованием электроэнергии от ВИЭ. Стоимость оценивается в широком диапазоне €220–1220 за тонну в зависимости от LCOE производства электроэнергии на основе ВИЭ в том или ином регионе.
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].
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.
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
[1] https://unctad.org/en/Pages/Publications/Review-of-Maritime-Transport-(Series).aspx
[2] https://theicct.org/marine
[3] https://www.ft.com/content/2014e53c-531f-11ea-a1ef-da1721a0541e
[4] https://www.ammoniaenergy.org/articles/direct-ammonia-fuel-cells-take-another-step-forward-in-japan/
[5] https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30321-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2542435119303216%3Fshowall%3Dtrue
[6] https://www.greentechmedia.com/articles/read/marine-sector-looks-to-ammonia-to-decarbonize-shipping
[7] https://www.globalmaritimeforum.org/news/the-scale-of-investment-needed-to-decarbonize-international-shipping
[8] https://royalsociety.org/-/media/policy/projects/green-ammonia/green-ammonia-policy-briefing.pdf
[9] https://ammoniaindustry.com/green-ammonia-pilot-plants-now-running-in-oxford-and-fukushima/
[10] https://blog.topsoe.com/ammonia-can-become-the-co2-free-fuel-of-the-future
[11] https://www.greentechmedia.com/articles/read/a-green-hydrogen-cfd-and-eu-wide-renewables-tenders-leak-lifts-lid-on-eus-green-deal
