Wissenschaftler bewerten, wie die Ammoniakproduktion nachhaltiger gestaltet werden kann.
Haben Sie sich jemals über die CO2-Auswirkungen des Anbaus Ihres Abendessens gewundert? Wissenschaftler haben gerade einen neuen Weg gefunden, um einen Teil davon zu berechnen.
Ammoniak ist ein Hauptbestandteil bei der Herstellung von Düngemitteln für die weltweite Nahrungsmittelproduktion und trägt auch erheblich zu den weltweiten Treibhausgasemissionen und dem Verbrauch fossiler Brennstoffe bei. Kürzlich haben Wissenschaftler des US-Energieministeriums (DAMHIRSCHKUH) Argonne National Laboratory haben modelliert, wie viel es kosten würde, umweltfreundlichere Methoden zu verwenden, die weniger Kohlenstoff emittieren, um Ammoniak zu produzieren.
Die Verwendung von Ammoniak als Düngemittel verursacht Treibhausgasemissionen, die kürzlich von Wissenschaftlern der Argonne quantifiziert wurden. Bild mit freundlicher Genehmigung von Cynthia Shahan, CleanTechnica.
Ammoniak wird hauptsächlich durch Reformieren von Erdgas hergestellt, ein Prozess, der zu den atmosphärischen Emissionen von Kohlendioxid und Methan beiträgt.„Das ultimative Ziel ist es, stattdessen erneuerbare oder nukleare Energie und sauberen Wasserstoff zu seiner Herstellung zu verwenden“, sagte der leitende Argonne-Wissenschaftler Amgad Elgowainy.
Elgowainy und seine Kollegen nutzten Argonnes Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies (GRÜSSEN®)-Modell zur Abschätzung der Umweltauswirkungen der Ammoniakproduktion aus verschiedenen Energiequellen. Dann verwendeten sie ein technoökonomisches Modell, um die Kosten von zwei verschiedenen Wegen zu untersuchen, wie Ammoniak nachhaltiger produziert werden könnte.
Der erste Weg vermeidet einen Teil der Kohlenstofffreisetzung, indem ein bestimmter Prozentsatz des produzierten Kohlenstoffs eingefangen und dann in geologischen Formationen gespeichert wird. Dieser Technologiepfad kann relativ kostengünstig umgesetzt werden, da die Gesamtkosten zur Herstellung des Ammoniaks nur um etwa 20 % steigen.
Bei dem anderen nahezu kohlenstofffreien Weg wird Wasser elektrolysiert, um Wasserstoff zu produzieren, der dann mit Stickstoff gepaart wird, um Ammoniak zu produzieren.„Die Nutzung erneuerbarer oder nuklearer Energie zur Spaltung von Wasser durch Elektrolyse gibt uns eine Möglichkeit, Ammoniak fast ohne CO2-Auswirkungen zu produzieren“, sagte Elgowainy.„Allerdings sind die Kosten dafür derzeit höher als der Weg der Kohlenstoffabscheidung.“
Laut Elgowainy gibt es erheblichen Spielraum für Kostensenkungen bei der Elektrolysetechnologie, die den Weg der Wasserelektrolyse letztendlich kostenmäßig wettbewerbsfähiger machen könnten.„Die Forschung in diesem Bereich könnte den Markt am Ende erheblich verändern, aber es werden Investitionen in die Entwicklung und Ausweitung der Produktion der Elektrolysetechnologien erforderlich sein“, sagte er.„Mit der Kostensenkung und Effizienzsteigerungen zu treffen DAMHIRSCHKUH‘s Ziel von 1 $/kg sauberen Wasserstoff, könnte der Elektrolysepfad eine nahezu kohlenstofffreie und erschwingliche Methode zur Herstellung von Ammoniak ermöglichen.“
Ein auf der Studie basierendes Papier,„Technoökonomische Leistungen und Lebenszyklus THG Emissionen verschiedener Ammoniakproduktionswege, einschließlich konventioneller, CO2-abscheidender, nuklearbetriebener und erneuerbarer Produktion“, erschien in der Ausgabe von Green Chemistry vom 13. Mai.
Neben Elgowainy sind weitere Autoren Kyuha Lee von Argonne, Xinyu Liu, Pradeep Vyawahare, Pingping Sun und Michael Wang.
Die Arbeit wurde gefördert durch die DAMHIRSCHKUH‘s Advanced Research Projects Agency-Energy SEEMANN Programm.
Mit freundlicher Genehmigung von Argonne National Laboratory. Von Jared Sagoff
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