Navele transportatoare de containere ar putea trece la amoniac produs din soare, aer şi apă drept combustibil în loc de diesel

Navele imense, transportatoare a zeci de mii de containere, au de obicei motoare diesel imense, unele de zeci de mii de cai-putere, sau chiar de 109,000 CP, cât are cel mai puternic motor diesel operaţional din prezent. Aceste motoare imense, însă, folosesc diesel de cea mai joasă filtrare, iar astfel emisiile acestor nave sunt printre cele mai poluante din întreg lanţul logistic al planetei. Prin urmare, căutările inginerilor de a înlocui acest combustibil şi metoda actuală de propulsare a acestor nave cu ceva mult mai curat sunt cât se poate de intense. Iar un combustibil neaşteptat, care adună tot mai mulţi susţinători în rândul companiilor de transport maritim, e aşa numitul „amoniac curat”. Acesta are proprietăţi chimice interesante, dar, inevitabil, vine şi cu multe bătăi de cap la pachet.

Ca să înţelegem cât de rapid s-au mişcat lucrurile în ultimele luni în această direcţie, vom spune din septembrie 2021 până în prezent lucrurile au evoluat de la formarea unei asociaţii internaţionale pentru amoniacul curat, formată din cele mai mari companii transportatoare pe mare şi producătoare de amoniac până la un lanţ de anunţuri din partea companiilor despre trecerea şi construcţia navelor la acest nou combustibil şi planuri de expansiune pentru viitor. Toate aceste anunţuri sunt însoţite de declaraţii frumoase de reduceri a emisiilor şi impact, dar dincolo de aceste elemente, vrem să înţelegem ce înseamnă acest nou combustibil la nivel de inginerie pentru nave, cât complicată ar fi folosirea lui şi care ar fi beneficiile.

Aşadar, vorbim despre amoniac, acea substanţă pe care majoritatea dintre noi o cunoaştem de la lecţiile de chimie din liceu, care are formula de NH3, adică trei atomi de hidrogen şi un atom de azot. Tot din şcoală ştiam că amoniacul în formă gazoasă, eliberat în aer, e foarte toxic şi periculos, putând deveni chiar letal. Totuşi, amoniacul e folosit pe larg în toată lumea, marea majoritate fiind folosită în componenţa fertilizatorilor agricoli. Ceea ce propun acum inginerii e să dezvoltăm motoare navale care ar folosi direct amoniacul pentru combustie şi propulsie. Amoniacul poate deveni inflamabil dacă este amestecat cu aerul într-un raport de 15.5-30%, pentru a folosi atomii de oxigen. Procesul de combustie poate fi catalizat de temperatură şi presiune, deci amoniacul ar putea fi folosit direct drept combustibil în interiorul unor cilindri, cu dirijarea compresiei corecte şi a mixturii corecte. Iar tehnologia de combustie ar fi mai apropiată de cea diesel, tocmai de asta de dezvoltarea primului motor naval pe bază de amoniac s-au apucat cei de la MAN Energy Solutions, companie producătoare de motoare diesel navale, susţinuţi de echipe de la Universitatea Tehnică din Danemarca şi alte entităţi de cercetare şi dezvoltare. Acest prim motor de serie urmează a echipa primele nave deja în 2024 şi va fi unul în doi timpi, la fel ca şi dieselurile navale mari actuale.

Foto: Imaginea primului motor naval ce va funcţiona pe bază de amoniac, nu numele de cod MAN ME-LGIa

Inginerii spun că provocarea principală pe care o au de rezolvat cu aceste motoare este temperatura de autocombustie mai mare a amoniacului decât a dieselului — 630 grade faţă de 210. Se analizează rezolvarea problemei prin metodele de mai sus de a cataliza combustia amoniacului sau prin amestecarea lui cu 5% de combustibil clasic.

Luând cazul arderii amoniacului, care ar fi beneficiul cel mai mare dacă un motor naval cu ardere prin compresie ar folosi amoniac drept combustibil? Ei bine, răspunsul e în lipsa de CO2 din emisii. Dacă amoniacul foloseşte oxigenul din atmosferă pentru ardere, atunci el se descompune în apă şi azot, iar azotul e gazul principal din aer. Nu există carbon în toată ecuaţia, deci nu va exista nici CO2 în rezultatul ecuaţiei. Pe lângă asta, nu vor exista nici suflurile şi oxizii de azot obişnuiţi, dar acelaşi grup de ingineri de la universitatea din Danemarca atrag atenţia că pot exista efecte adverse, totuşi.

Astfel, ei spun că din cauza variabilelor din procesul de combustie, o parte din oxigenul din aer poate interacţiona cu moleculele de azot din amoniac şi se pot forma acei oxizi de azot nedoriţi, numiţi NOx. Aceşti compuşi ar putea fi filtraţi prin filtre şi catalizatoare, cum se întâmplă la maşini şi camioane în prezent. Cel mai mare risc, însă, ar putea veni de la formarea gazului N2O, numit şi protoxid de azot sau gazul ilariant. Riscul nu e în faptul că marinarii ar putea efecte adverse directe, ci în faptul că acesta e un caz de seră de 283 ori mai puternic decât CO2. Ca aceste efecte să fie evitate, temperatura combustiei şi amestecul ar trebui să fie întotdeauna foarte precise, găsindu-se un mijloc de aur între emisii şi eficienţă de ardere. Tocmai de asta, prezenţa inginerilor de la universitatea din Danemarca, care pun mai mult accent pe ştiinţă decât pe interesul economic, e atât de crucială în acest proiect.

Iar pe lângă asta, cea mai complicată parte de fapt nu e combustia şi ingineria unui motor, ci producţia de amoniac. În prezent, amoniacul e produs prin reacţii la presiune înaltă din aerul atmosferic şi hidrogen, în mare parte. Pierderea energetică prin metode clasice poate fi de circa 40% pentru întregul ciclul de producţie, ceea ce înseamnă emisii în procesul de producţie, atât a amoniacului propriu-zis cât şi a hidrogenului. Ceea ce propun acum companiile maritime ce susţin trecerea la amoniac este amoniacul curat, format din amoniac verde şi amoniac albastru, toate fiind noţiuni diferite, de altfel. Amoniacul verde e cel, la producţia căruia ar fi folosită doar energie din surse regenerabilă, precum cea solară sau eoliană. Amoniacul albastru e cel, la producţia căruia se foloseşte şi combustibil fosil, dar carbonul din emisii e captat, fără a fi emis în atmosferă. Iar amoniacul curat ar fi un amestec din amoniacul verde şi albastru, produs prin cele două metode descrise mai sus şi practic, ar fi produs din soare, apă şi aer, fără a scoate combustibil fosili din pământ.

Respectiv, companiile maritime spun că odată ce amoniacul e produs prin metode ecologice, atunci rămân doar beneficiile lui pentru folosirea drept combustibil de nave, ceea ce ar permite reducerea emisiilor până la 40% până în 2030 şi până la 85% până în 2050. Mai mult ca atât, amoniacul produs prin metode ecologice ar putea servi, de fapt, ca un soi de „baterie” chimică pentru acea energie verde, fiind o metodă de a stoca hidrogenul şi energia în sine pentru transportări mai simple. Amoniacul devine lichid la -33 grade Celsius şi conţine cu 50% mai mult hidrogen în raport volumetric decât însăşi hidrogenul. Conductele de amoniac costă de două ori mai puţin decât cele de transportare a gazului natural comprimat şi de 4 ori mai puţin decât cele pentru hidrogen curat. Cu alte cuvinte, sugestia e că amoniacul ar putea fi un combustibil transportat şi prin conducte la distanţă, fiind folosit la destinaţie pentru producţie de electricitate sau energie termică, înlocuind de fapt şi gazul natural comprimat, de exemplu.

Imagine: Posibilităţi de utilizare a amoniacului, adaptare grafic după revista Science

Deci, perspectivele folosirii amoniacului par extraordinar de vaste şi probabil pentru cei mai mulţi încă sunt incomplet studiate. Totuşi, marile companii producătoare de fertilizatori din lume, precum Yara din Norvegia, au demarat deja proiecte de producţie a amoniacului curat, inclusiv pentru a se pregăti de momentul în care primele motoare navale propulsate de acesta vor fi instalate pe transportatoarele mari de containere şi industria transporturilor maritime va trece la acest tip de combustibil.