۲
۳
plusresetminus
تاریخ انتشارسه شنبه ۲۴ بهمن ۱۴۰۲ - ۱۴:۵۵
کد مطلب : ۱۶۳۱۶۲

چشم انداز  استفاده از آمونیاک به عنوان سوخت دوستدار محیط زیست

ساسان طالب نژاد، دکترای مهندسی شیمی/کارشناس توسعه کسب و کار درحوزه پالایش و پتروشیمی
چشم انداز  استفاده از آمونیاک به عنوان سوخت دوستدار محیط زیست
آمونیاک می تواند به عنوان یک سوخت فاقد کربن در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.  این امر به دلیل ترکیب شیمیایی و ویژگی های آمونیاک (NH3) که از نیتروژن و هیدروژن تشکیل شده است ناشی می شود. این ماده دارای محتوای هیدروژن بالایی از نظر وزن، حدود 17.6٪ هیدروژن وزنی است که آن را به یک حامل کارآمد هیدروژن تبدیل می کند. هنگامی که آمونیاک در معرض دمای بالا قرار می گیرد، می توان آن را به عناصر تشکیل دهنده آن، نیتروژن و هیدروژن  تجزیه کرد. این فرآیند که به نام شکست یا تجزیه آمونیاک شناخته می شود، سوخت هیدروژن را بدون انتشار گاز دی اکسید کربن (CO2) تولید می کند.
آمونیاک این پتانسیل را دارد که به عنوان حامل هیدروژن، با استفاده گسترده از هیدروژن به عنوان سوخت بدون کربن بدون تکیه بر سوخت های فسیلی برای تولید یا حمل و نقل، نقش مهمی در انتقال انرژی پاک بازی کند. البته علیرغم پتانسیل آن به عنوان یک سوخت بی کربن، هنوز چالش هایی مانند حمل و نقل ایمن، ذخیره سازی و توزیع آمونیاک وجود دارد که باید به آنها پرداخته شود، زیرا آمونیاک ماده ای سمی است و نیاز به زیرساخت خاص جهت ذخیره و انتقال دارد. لذا تلاش‌های تحقیقاتی و توسعه ای برای بهینه‌سازی استفاده از آمونیاک به‌عنوان یک گزینه سوخت کم کربن پایدار و مقیاس‌پذیر ادامه دارد.
آمونیاک آبی و آمونیاک سبز هر دو نوع آمونیاک کم کربن/ بدون کربن هستند، که در روش های مورد استفاده برای تولید هیدروژن، که جزء اصلی آمونیاک است، متفاوت هستند. نام‌های رنگی «آبی» و «سبز» به فرآیندهای خاص مورد استفاده در تولید آمونیاک اشاره دارد که هر رنگ منبع هیدروژن و انتشار کربن مرتبط با آن را نشان می‌دهد.
آمونیاک آبی با استفاده از فرآیندی به نام «تولید هیدروژن آبی» تولید می شود. هیدروژن مورد استفاده در تولید آمونیاک آبی از منابع تجدید ناپذیر، عمدتاً گاز طبیعی به دست می آید. برای تولید هیدروژن از گاز طبیعی، روشی به نام رفرمینگ متان بخار (SMR) معمولا استفاده می شود. SMR شامل واکنش گاز طبیعی با بخار برای تولید هیدروژن و دی اکسید کربن (CO2) به عنوان یک محصول جانبی است.
در فرآیند تولید آمونیاک آبی، انتشار دی‌اکسید کربن تولید شده در طول تولید هیدروژن ذخیره سازی و نگهداری می‌شود، فرآیندی که به عنوان جذب و ذخیره کربن (CCS) یا جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) شناخته می‌شود. این مرحله برای جبران انتشار کربن مرتبط با روش‌های سنتی تولید هیدروژن مانند SMR بسیار مهم است. هدف کلی آمونیاک آبی کاهش قابل توجه ردپای کربن مرتبط با تولید آمونیاک در مقایسه با روش های معمولی است.
آمونیاک سبز با استفاده از فرآیندی به نام «تولید هیدروژن سبز» تولید می شود. هیدروژن مورد استفاده در تولید آمونیاک سبز از طریق الکترولیز تولید می شود، فرآیندی که از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد، خورشید یا نیروی آبی برای تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می کند. از آنجایی که تولید هیدروژن سبز شامل استفاده از سوخت های فسیلی نمی شود، دی اکسید کربن یا سایر گازهای گلخانه ای در طول این فرآیند منتشر نمی کند. هیدروژن تولید شده از طریق تولید هیدروژن سبز سپس برای سنتز آمونیاک استفاده می شود و در نتیجه آمونیاک سبز ایجاد می شود. آمونیاک سبز به عنوان یک گزینه کاملاً تجدید پذیر و پایدار در نظر گرفته می شود، زیرا کل چرخه تولید آن از منابع انرژی پاک تامین می شود.
بنابراین، تفاوت اصلی بین آمونیاک آبی و آمونیاک سبز در منبع هیدروژن مورد استفاده برای سنتز آمونیاک نهفته است. آمونیاک آبی از هیدروژن مشتق شده از گاز طبیعی با جذب و ذخیره کربن برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای استفاده می کند، در حالی که آمونیاک سبز از هیدروژن تولید شده از طریق الکترولیز با استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر استفاده می کند که منجر به فرآیند تولید کربن خنثی یا بدون کربن می شود. هر دو آمونیاک آبی و سبز در انتقال به سیستم های انرژی کم کربن ضروری هستند و آمونیاک سبز به دلیل تکیه بر انرژی های تجدید پذیر، گزینه پایدارتر از نظر زیست محیطی است.
هیدروژن به دست آمده از طریق شکست آمونیاک می تواند به عنوان یک منبع سوخت پاک برای کاربردهای مختلف از جمله سلول های سوختی، فرآیندهای صنعتی و حمل و نقل استفاده شود. آمونیاک می تواند به طور مستقیم به عنوان سوخت در سلول های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFCs) استفاده شود. هیدروژن آزاد شده توسط شکست آمونیاک در این پیل‌های سوختی برای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود و فقط آب و نیتروژن به عنوان محصولات جانبی آزاد می شود. آمونیاک می تواند به عنوان وسیله ای برای ذخیره و انتقال موثر هیدروژن عمل کند. فناوری سلول های سوختی غشایی تبادل پروتون (PEMFC) هم اکنون تجاری شده و در کاربردهای مختلف حمل و نقل مورد استفاده قرار گرفته است. برخی از کاربردهای تجاری قابل توجه فناوری PEMFC در حمل و نقل عبارتند از:
1- خودروهای سواری: چندین خودروساز خودروهای پیل سوختی را توسعه داده و تجاری کرده اند که از فناوری PEMFC برای تامین انرژی پیشرانه های الکتریکی خود استفاده می کنند.  در این وسایط سوخت هیدروژن را با اکسیژن هوا در پیل سوختی ترکیب می کنند تا برق تولید کنند و موتور الکتریکی خودرو را تامین کنند. نمونه هایی از خودروهای پیل سوختی تجاری در خودروهای  تویوتا ، هوندا و هیوندای  استفاده شده است.
2-  اتوبوس: اتوبوس های پیل سوختی هیدروژنی در سیستم های حمل و نقل عمومی در شهرهای مختلف جهان مورد استفاده قرار می گیرند. این اتوبوس‌ها از فناوری PEMFC برای تولید برق از هیدروژن استفاده می‌کنند و راه‌حل‌های حمل و نقل بدون انتشار را برای مناطق شهری ارائه می‌کنند.
3-  کامیون ها: برخی از تولیدکنندگان کامیون های تجاری کاوش در مورد استفاده از سلول های سوختی هیدروژنی در کامیون های سنگین، به ویژه برای حمل و نقل طولانی مدت و بار را آغاز کرده اند. کامیون‌های پیل سوختی هیدروژنی که با فناوری PEMFC کار می‌کنند می‌توانند برد طولانی‌تر و سوخت‌گیری سریع‌تر را در مقایسه با کامیون‌های برقی با باتری ارائه دهند.
4- لیفتراک: در محیط های صنعتی مانند انبارها و مراکز توزیع، لیفتراک های هیدروژنی با سلول سوختی با استفاده از فناوری PEMFC به صورت تجاری مستقر شده اند. لیفتراک های پیل سوختی مزایایی مانند سوخت گیری سریع و زمان کار طولانی تر در مقایسه با لیفتراک های سنتی با باتری دارند.
5- کاربردهای دریایی: فناوری PEMFC نیز در کاربردهای دریایی، به ویژه در توسعه قایق ها و کشتی های با سلول سوختی استفاده شده است. این برنامه ها به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در صنعت کشتیرانی همگام با IMO 2020 کمک می کند.
فناوری سلول های سوختی غشایی تبادل پروتون پتانسیل قابل توجهی برای استفاده در کاربردهای دریایی دارد و جایگزینی تمیز و کارآمد برای موتورهای احتراق داخلی سنتی ارائه می دهد. در اینجا توضیح دقیق تری درباره نحوه استفاده از فناوری PEMFC در کاربردهای دریایی آورده شده است:
1- پیشرانه با انتشار صفر: یکی از مزایای اولیه فناوری PEMFC در کاربردهای دریایی، توانایی آن در ارائه پیشرانه با انتشار صفر است. زمانی که PEMFC ها با هیدروژن انرژی می گیرند، تنها بخار آب و گرما را به عنوان محصولات جانبی تولید می کنند که آنها را دوستدار محیط زیست می کند و انتشار گازهای گلخانه ای را در بخش دریایی کاهش می دهد.
2- برد گسترده و سوخت‌گیری سریع: کشتی‌های با پیل سوختی می‌توانند در مقایسه با کشتی‌های برقی باتری، محدوده عملیاتی بیشتری داشته باشند. علاوه بر این، سوخت‌گیری هیدروژن در سیستم‌های PEMFC عموماً سریع‌تر از شارژ مجدد باتری‌ها است که امکان زمان‌های چرخش سریع‌تر و استفاده کارآمدتر از کشتی‌ها را در عملیات‌های دریایی فراهم می‌کند.
3- کاهش تعمیر و نگهداری و ارتعاش: PEMFCها قطعات متحرک کمتری در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی دارند که منجر به کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری و کاهش هزینه های عملیاتی می شود. علاوه بر این، سیستم‌های پیل سوختی لرزش کمتری تولید می‌کنند که منجر به عملکرد نرم‌تر و بی‌صداتر می‌شود.
4- سیستم های هیبریدی: در برخی موارد، فناوری PEMFC را می توان در ترکیب با سایر منابع انرژی مانند باتری ها یا موتورهای کمکی استفاده کرد. این سیستم های هیبریدی می توانند انعطاف پذیری و مصرف انرژی را بر اساس الزامات کشتی و شرایط عملیاتی بهینه کنند.
با وجود مزایا، چالش هایی برای پذیرش فناوری PEMFC در بخش دریایی وجود دارد. یکی از چالش های مهم در دسترس بودن و زیرساخت برای تولید، توزیع و ذخیره هیدروژن در بنادر و مسیرهای کشتیرانی است. علاوه بر این، ملاحظات ایمنی مربوط به جابجایی و ذخیره هیدروژن در کشتی ها باید مورد توجه قرار گیرد. در این مورد، آمونیاک کم کربن، به عنوان یک سوخت حامل هیدروژن، خطرات انتقال و ذخیره مستقیم هیدروژن را کاهش می دهد.
نمونه هایی از پروژه های PEMFC دریایی:
• پروژه "HYDRA" در آلمان شامل توسعه یک کشتی مسافربری با سلول سوختی است. این پروژه با هدف نشان دادن امکان سنجی پیشرانه پیل سوختی در کشتی های مسافربری انجام شد.
• پروژه "Jiangnan BlueSoul" در چین یک سیستم پیل سوختی برای یک کشتی کانتینری 2200 TEU ایجاد کرد که پتانسیل استفاده از سلول های سوختی در کشتی های دریایی بزرگتر را نشان می دهد.
از آنجایی که صنعت دریایی به دنبال راه‌حل‌های پاک‌تر و پایدارتر است، فناوری PEMFC به عنوان یک گزینه مناسب برای پیشرانه‌ای با انتشار صفر و کاهش اثرات زیست‌محیطی حمل‌ونقل دریایی با کمک آمونیاک آبی و سبز همچنان مورد توجه قرار می‌گیرد.
سوال اصلی اینجاست که با توجه به افزایش هزینه تولید آمونیاک به روش های آبی و سبز، چه دلیلی برای سرمایه گذاری تولید کنندگان حوزه صنعت پتروشیمی در این زمینه وجود دارد. جواب این این سوال به جز مسوولیت اجتماعی شرکت در وضع عوارض و مالیات های گزاف بر تجارت و مصرف سوخت های فسیلی و محصولات تولیدی با ردپای کربن همگام با مشوق های استفاده و تولید محصولات کم کربن یا بی کربن نهفته است. در حالی که پیشنهادهایی در زمینه وضع مالیات کربن CARBON TAX در حدود 100 یورو بر تن در اتحادیه اروپا مطرح شده است، شرکت های بزرگ تولید کننده سرمایه گذاری های عظیمی را بر تولید هیدروژن/آمونیاک آبی و سبز آغاز نموده اند. به عنوان مثال شرکت ملی نفت ابوظبی (ADNOC)، اولین تاسیسات آمونیاک آبی در مقیاس صنعتی در منطقه را با ظرفیت 800 کیلوتن در سال راه اندازی خواهد نمود. برای ADNOC، این یک نقطه عطف مهم در توسعه تجارت آمونیاک کم کربن است. آنها در حال توسعه بر روی نقاط قوت جمعی شرکا و سهامداران خود برای توسعه اولین پروژه در نوع خود مقیاس بزرگ آمونیاک کم کربن در خاورمیانه و شمال آفریقا در شرکت مشتقات شیمیایی ابوظبی تعزیز TA'ZIZ هستند. قرار است محموله های آمونیاک آبی  به مشتریان در ژاپن، کره و آلمان فروخته شود. دی اکسید کربن تولیدی به عنوان محصول جانبی نیز در مخازن نگه داری شده و جهت استفاده جهت افزایش فشار میادین نفتی در مخازن زیر زمینی استفاده خواهد شد.
 
ارسال نظر
نام شما
آدرس ايميل شما
کد امنيتی


مصطفی
احسنت بر دکتر طالب نژاد
مدت ها بود در انتظار مقالات جالب ایشان بودیم
حقیقت
معاون بازرگانی معزول و ……شازند....
رفیق
حالا که چی؟
کارانه ات رو‌کم می داده؟
چشم انداز  استفاده از آمونیاک به عنوان سوخت دوستدار محیط زیست
ساسان طالب نژاد، دکترای مهندسی شیمی/کارشناس توسعه کسب و کار درحوزه پالایش و پتروشیمی