Prečo sa firmy predbiehajú vo výrobe ekologického čpavku?

Takýmto spôsobom vznikol gigantický priemysel venovaný zberu guána z latinskoamerických vtáčích kolónií, kde boli obrovské hromady vecí. Trus bol taký bohatý na amoniak, kľúčovú zložku, že obyčajný závan mohol vyvolať kašeľ a kýchanie. Nie je to práve príjemný náklad na trajekty po celom svete.

Keď sa dopyt po hnojivách na začiatku 20. storočia zvýšil, niekto si začal myslieť: "Možno existuje iný spôsob?" Tým niekým bol Fritz Haber, nemecký chemik, ktorý spolu s Carlom Boschom vyvinul Haber-Boschov proces na syntézu amoniaku.

Spoliehali sme sa na túto technológiu viac ako 100 rokov. Bez nej by dnešná populácia sveta mohla byť len polovičná - také dôležité je čpavkové hnojivo pre pestovanie potravín.

Ale opäť sa niekto pýta, či by sme nemali robiť veci inak, pretože Haber-Boschov proces, keď je poháňaný fosílnymi palivami, je notoricky známy ako znečisťujúci ovzdušie.

Produkcia amoniaku v súčasnosti predstavuje takmer 2 % celosvetových emisií CO2. Teraz sa reťazec spoločností snaží dokázať, že dokážu vyrobiť zelený amoniak alebo jeho alternatívy bez toho, aby ničili klímu.

„Máme dobre utesnený systém, necítite to,“ hovorí Joe Beach upokojujúco. Je spoluzakladateľom a výkonným riaditeľom spoločnosti Starfire Energy, americkej firmy, ktorá vyvíja spôsob výroby amoniaku z obnoviteľnej energie, vzduchu a vody. Tvrdí však, že štipľavosť čpavku je v skutočnosti výhodou. Ak dôjde k úniku, veľmi skoro sa to dozviete.

Čpavok alebo NH3 nie je nič iné ako dusík a vodík, obidva veľmi hojné prvky. Atmosféru Zeme tvorí prevažne dusík a voda je plná vodíka. Starfire Energy využíva elektrolyzéry na štiepenie vodíka z vody a potom ho privádza do reaktora spolu s dusíkom na výrobu čpavku. Prísady prúdia cez voštinovú štruktúru s katalyzátorom – podobne ako katalyzátor vo výfuku vášho auta. Toto zariadenie podporuje väzbu dusíka s vodíkom a na konci procesu sa zbiera kvapalný čpavok.

Rozhodujúce je, že celá vec môže, hovorí Joe Beach, fungovať na prerušovanej obnoviteľnej energii, ako je vietor a slnko. "Prechod z bežnej prevádzky na výrobu čpavku z chladu na plný výkon je dvoj- až trojdňový proces," hovorí. "Pre nás je to asi dvojhodinový proces," dodáva.

Po spustení sa systém môže zapínať a vypínať v priebehu niekoľkých minút podľa rozmarov obnoviteľných zdrojov. Cieľom Starfire Energy je dodať svoje prvé komerčné zariadenia, ktoré by mohli produkovať tonu čpavku denne, v roku 2025.

Vo všeobecnosti chcú start-upy so zeleným amoniakom ukázať, že dokážu urobiť výrobu amoniaku čistejšou a ľahšie ovládateľnou. Navyše mnohí, vrátane Starfire Energy, dúfajú, že zabalia požadovanú technológiu do priestoru tak malého, ako je prepravný kontajner, aby sa dala vyrobiť blízko miesta použitia – celkom na rozdiel od obrovských závodov Haber-Bosch, ktoré dnes fungujú.

„Chceme vyrábať hnojivo v malom meradle, aby sme ho mohli využívať efektívnejšie,“ hovorí Lea Winterová z Yale University. Redukcia potreby prepravy amoniakového hnojiva na veľké vzdialenosti by ďalej mohla znížiť emisie, dodáva.

Ďalšia firma, Atmonia na Islande, chce tiež predávať mini továrne na čpavok, ktoré sa zmestia do prepravných kontajnerov. Helga Flosadóttir, spoluzakladateľka a výkonná riaditeľka, poukazuje na to, že aj keď je dekarbonizácia výroby hnojív dôležitá, ešte väčší cieľ spočíva vo výrobe dostatočného množstva čpavku na jeho využitie ako paliva. To by mohlo pomôcť svetu odkloniť sa od fosílnych palív napríklad v doprave.

Douglas MacFarlane z Monash University v Austrálii je tiež vedúcim vedeckým pracovníkom spoločnosti Jupiter Ionics. Súhlasí s tým, že o čpavok ako palivo je obrovský záujem, aj keď dodáva, že výroba by sa musela výrazne zvýšiť, aby bola schopná uspokojiť očakávaný dopyt. "Tieto elektrárne by museli byť nakoniec v gigawattovom rozsahu," hovorí.

Jupiter Ionics v súčasnosti plánuje postaviť modul na výrobu čpavku v megawattovom meradle, ktorý by dokázal vyrobiť tonu za deň.

Technológia Jupiter Ionics sa líši od technológií Starfire Energy a Atmonia v tom, že používa lítium ako sprostredkovateľa na rozdelenie molekúl dusíka, ktoré prirodzene existujú ako silne viazané páry atómov dusíka, za vzniku nitridu lítneho. Ten potom reaguje s vodíkom za vzniku čpavku.

V priebehu nasledujúcich 12 až 18 mesiacov sa spoločnosť Jupiter Ionics snaží zväčšiť svoje vybavenie tak, aby mohla produkovať kilogram amoniaku denne. Farmár hrozna v štáte Victoria, ktorý má na svojom pozemku solárne panely, dúfa, že systém vyskúša, hovorí profesor MacFarlane.

Ako poznamenáva profesor Winter, práve úspešné rozširovanie týchto technológií bude pre tieto firmy pravdepodobne predstavovať najväčšiu výzvu.

Existujú aj iné možnosti. Ako vysvetľuje Josh McEnaney, prezident a výkonný riaditeľ spoločnosti Nitricity v USA, rozptyľovanie amoniaku na poliach vedie k emisiám skleníkových plynov, ktoré by sa dali vyhnúť, ak by sme zvolili priamejší prístup k aplikácii dusíka, kľúčového prvku podporujúceho rast rastlín, do pôdy. Jeho spoločnosť vyvíja systém, ktorý využíva solárne plazmové články na fixáciu dusíka zo vzduchu. Z toho sa potom vyrába kyselina dusičná, ktorá sa môže aplikovať do pôdy. Skoré experimenty s rastlinami paradajok priniesli úspech a spoločnosť teraz testuje svoju technológiu s dodávateľmi pre americký reťazec rýchleho občerstvenia Chipotle. "Nepotrebujeme žiadnu výrobu vodíka," hovorí Dr McEnaney a dodáva: "Ideme rovno po hnojivo."

Bill David z Oxfordskej univerzity poukazuje na to, že na celom svete už existuje množstvo infraštruktúry určenej na skladovanie a prepravu čpavku. Pochvaľuje si veľké projekty na výrobu čpavku s využitím obnoviteľnej energie, ako napríklad ten v Uzbekistane, ktorý údajne za pomoci 2,4 gigawattov veternej energie vyvrhne 454 000 ton čpavku ročne.

Zatiaľ čo čpavok môže byť použitý ako palivo, môže byť tiež krakovaný, aby sa uvoľnil vodík, ktorý sa sám môže spáliť ako palivo, zdôrazňuje Lindsey Motlowová, vedúca výskumná pracovníčka v Darcy Partners, technologickej firme, ktorá spolupracuje s ropným a plynárenským priemyslom. "Vidíme skutočný pokrok vo vývoji technológie krakovania amoniaku," hovorí.