تعتبر الأمونيا ثاني أهم جزيء بعد الماء، إلا أن إنتاجها يعد ثالث أكبر مصدر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم، وهو انبعاث بمعدل 1.8% من إجمالي الانبعاثات العالمية. إن الطريقة الخضراء لإنتاجه ستساعد في معالجة أزمة المناخ من عدة اتجاهات
بقلم بيل ديفيد، أستاذ الكيمياء بجامعة أكسفورد
[ترجمة د. موشيه نحماني]
على مدى القرن الماضي، كان لجزيء بسيط تأثير إيجابي بشكل خاص على عالمنا. الأمونيا، التي تتكون من ثلاث ذرات هيدروجين مرتبطة بذرة نيتروجين واحدة، هي مادة تستخدم على نطاق واسع لإنتاج الأسمدة التي تسمح لنا بإنتاج الغذاء المطلوب للبشرية جمعاء. هذه الحقيقة تجعل الأمونيا أهم جزيء في عالمنا بعد الماء
وإلى جانب أهمية هذا الجزيء، يشكل إنتاج الأمونيا ثالث أكبر مصدر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم، وهو انبعاث بمعدل 1.8% من إجمالي الانبعاثات العالمية.
اليوم، يتم إنتاج الأمونيا من تفاعل الميثان وبخار الماء، وهو تفاعل ينتج الهيدروجين، ومن ثم تفاعل هذا الهيدروجين مع النيتروجين من الهواء - وهي عملية تعرف باسم هابر بوش. وتنتج هذه العملية أيضًا ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي، وهي مادة تعتبر من غازات الدفيئة. وفي المقابل، يتم إنتاج الأمونيا "الخضراء" عن طريق فصل الهيدروجين عن الماء باستخدام الكهرباء التي يتم الحصول عليها من مصدر طاقة متجدد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تفكيك الأمونيا مرة أخرى إلى مكوناتها (الهيدروجين والنيتروجين) وفي هذه العملية تتلقى الطاقة. يمكن أيضًا استخدام الأمونيا كوقود أحفوري، على سبيل المثال الديزل؛ وهذا يعني أنه يمكن أيضًا استخدام الأمونيا كمصدر مهم للطاقة.
قام مختبر رذرفورد أبليتون، الواقع في أوكسفوردشاير (مقاطعة في جنوب شرق إنجلترا)، بتطوير نظام توضيحي للأمونيا "الخضراء". يتم تشغيله بواسطة توربين موجود في الموقع نفسه وهو قادر على إنتاج ما يصل إلى 30 كجم من الأمونيا الخضراء يوميًا. بالإضافة إلى ذلك، فهي قادرة على إعادة الكهرباء إلى شبكة الكهرباء، حسب الطلب. التحدي الرئيسي في إنتاج الأمونيا الخضراء كبديل قابل للتطبيق هو تقليل التكلفة، والتي يأتي خمسة وثمانون بالمائة منها من تكلفة الكهرباء. في معظم أنحاء العالم، لا تزال الطاقة المتجددة أكثر تكلفة بكثير من الميثان المستخدم كمادة وسيطة في الإنتاج الطبيعي للأمونيا.
وفي الوقت نفسه، انخفضت تكلفة الكهرباء في المناطق التي توجد فيها إمكانات واسعة لاستخدام الطاقة المتجددة بشكل ملحوظ خلال العقود الماضية ووصلت إلى تكلفة 7-15 شيكل للكيلوواط ساعة. أي أنه من الممكن إنتاج الأمونيا الخضراء بتكلفة 360 شيكل للطن. هذه التكلفة لا تزال بعيدة عن تكلفة العملية العادية. ومع ذلك، من أجل استخدام هذه الطريقة مع تقليل الانبعاثات في الهواء، سيتعين علينا دمج احتجاز الكربون وتخزينه بحيث لا يصل ثاني أكسيد الكربون الذي يتم الحصول عليه في هذه العملية إلى الغلاف الجوي. وهنا يمكن أن تكون الأمونيا الخضراء قادرة على المنافسة مالياً.
تتمتع الأمونيا الخضراء أيضًا بالقدرة على التغلب على أحد أكبر التحديات التي لم يتم حلها في السعي لتحقيق رؤية الانبعاثات الصفرية - كيف يمكننا إنشاء احتياطيات وقود مرنة لا تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون، وهي الاحتياطيات التي سيتم الحفاظ عليها لسنوات عديدة؟ يمكن تخزين الأمونيا بسهولة بكميات كبيرة في صورة سائلة عند ضغوط معتدلة (15-10 ضعف غلافنا الجوي) أو تبريدها عند درجة حرارة XNUMX درجة مئوية تحت الصفر. وفي هذا الشكل، تبلغ كثافة الطاقة حوالي نصف كثافة الطاقة في البنزين وعشرة أضعاف كثافة البطاريات.
الميزة النسبية للأمونيا مقارنة ببدائل الوقود الأخرى تكمن في وجود نظام عالمي لإنتاجها وتوزيعها بفضل استخدامها على نطاق واسع كمادة خام لصنع الأسمدة. بالإضافة إلى ذلك، هناك بالفعل شبكة شاملة من الموانئ قادرة على التعامل مع الأمونيا بكميات كبيرة بحيث يمكن استخدامها كوقود يمكن توزيعه على مسافات كبيرة بسهولة نسبية. وفي الواقع، أثبتت صناعة النقل البحري الدولية بالفعل جدوى استخدام الأمونيا كوقود قابل للنقل في سفن الشحن الكبيرة. أعلنت شركة MAN Energy Solutions، التي تصمم وتصنع المحركات البحرية، أنه من الممكن وضع أول محرك للأمونيا قيد الاستخدام في وقت مبكر من بداية عام 2022. ومن شأن ذلك أيضًا أن يوفر فرصًا لتطوير الوقود الأخضر للقطارات والشاحنات الثقيلة وحتى طائرات لا ينبعث منها ثاني أكسيد الكربون على الإطلاق.
وفي الوقت نفسه، تطرح الأمونيا تحديات أخرى. ويساهم استخدام الأسمدة المعتمدة على الأمونيا في خفض التنوع البيولوجي على مستوى العالم، ويزيد من تفاقم مشاكل جودة الهواء ويزيد من انبعاثات الغازات الدفيئة. ويجب أن تشتمل الاستخدامات الجديدة للأمونيا على تدابير فعالة لمنع المزيد من الانبعاثات في الهواء الملوث بالفعل. ويجب تنفيذ إجراءات رقابية أكثر صرامة من تلك المطبقة بالفعل في جميع المواقع الصناعية التي تخزن الأمونيا، وذلك للتأكد من أن مخاطر تسرب الأمونيا، وبالتالي انبعاث أكاسيد النيتروجين الضارة في الهواء الطلق، ستكون ضئيلة قدر الإمكان. وما يتعين علينا القيام به اليوم هو البحث وإظهار إمكانات الأمونيا، بدءاً بتحسين الأنظمة التي تولد الكهرباء من الرياح والشمس وانتهاءً بتحسين إنتاج وتخزين الأمونيا الخضراء. بالإضافة إلى تطوير عمليات شاملة لتحويل الأمونيا إلى طاقة في المكان والزمان المطلوبين.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
وبهذه الطريقة سنكسب ثلاثة أشياء:
1. طاقة صديقة للبيئة؟
2. سوف ينفجر المزارعون هنا وهناك (عدد أقل من البشر، ومزيد من الخضرة).
3. أسمدة أقل للزراعة (هل قلنا عدد أقل من الناس، المزيد من البيئة الخضراء؟)
مقال غريب بعض الشيء، أولاً الزيادات في إنتاج الطاقة قديمة جداً، تم التقاطها قبل 20 عاماً. بلغت تكلفة إنتاج كيلووات من الطاقة الشمسية، على سبيل المثال في إسرائيل، زيادة أقل من 15 سنتًا لكل كيلووات، وفي العالم وصلت بالفعل إلى 5 سنتات. أي عُشر ما هو مكتوب في المقال. ثانياً، ليس من الواضح كيف يمكن استخلاص الطاقة من الأمونيا، وهو على الأرجح جوهر الأمر.
كل شيء يبدو أخضر اللون إلا أن الأمونيا شديدة السمية وتسربها خطير للغاية