ترکیب کاربردی که جهان را دگرگون خواهد کرد
آمونیاک‌سبز؛ تحقق رویای انرژی پایان‌ناپذیر
در این میان، «آمونیاک‌سبز» با ویژگی‌‌‌‌‌‌‌هایی که دارد می‌تواند یکی از کلیدی‌‌‌‌‌‌ترین ترکیب‌‌‌‌‌‌ها در شکل‌‌‌‌‌‌دهی به آینده بخش انرژی در جهان باشد که با محدودیت‌های خاصی در زمینه تامین روبه‌‌‌‌‌‌رو نیست و از سوی دیگر هم آلودگی و کربن‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌سوزی چندانی ندارد که همین امر در کنار صرفه اقتصادی و امکان ایجاد درآمدهای بسیار زیاد و امکان استفاده از آمونیاک‌سبز به‌عنوان سوخت به مزیت‌‌‌‌‌‌های آن افزوده است.
آمونیاک؛ ترکیبی ساده و کاربردی
گاز آمونیاک ساده‌‌‌‌‌‌ترین و مهم‌ترین ترکیب هیدروژنه اتم نیتروژن است که از واکنش دو عنصر نیتروژن و هیدروژن، با استفاده از روش «هابربوش» به‌دست میآید. در این روش از گاز طبیعی و سایر سوخت‌های فسیلی برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود، سپس هیدروژن تولیدی را با نیتروژن اتمسفر واکنش نشان داده و آمونیاک تولید می‌شود. در حال‌حاضر سالانه بیش از ۲۰۰میلیون تن آمونیاک به ارزش حدود ۶۰میلیارد دلار در جهان تولید می‌شود. این ماده با توجه به اهمیت حیاتی که دارد، در بین سایر مواد پایه صنعت پتروشیمی دارای بزرگ‌ترین بازار مصرف در جهان است. بیشترین کاربرد آمونیاک در تولید اوره (حدود ۵۶ درصد) و سایر کودهای شیمیایی (۳۰درصد) است. از دیگر مصارف این ماده مهم صنعتی می‌توان به استفاده از آن به‌عنوان مبرد حرارتی، ماده اولیه تولید اسیدنیتریک و مواد منفجره، تولید آکریلو نیتریل، الیاف سنتزی نیتروپارافین و نیترو‌سلولز و نیز تصفیه فاضلاب، استخراج فلزات از سنگ‌معدن و لاستیک‌‌‌‌‌‌سازی اشاره کرد.
مشکلات زیست‌محیطی نظیر تغییرات اقلیمی و گرم‌شدن کره‌زمین که ناشی از افزایش انتشار گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای به‌ویژه دی‌اکسید‌کربن است، حالا به تهدیدی بسیار جدی برای جهان تبدیل شده است. همین امر دانشمندان را متعهد به پیداکردن راهکار‌هایی برای به صفر یا حداقل رساندن انتشار کربن جهانی از طریق حذف سوخت‌های فسیلی به‌عنوان عامل اصلی انتشار گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای کرده است. اگرچه این ماده تنها یک‌سوم از چگالی انرژی سوخت دیزل را در خود جای داده، اما با توجه به ویژگی‌‌‌‌‌‌های خاص آمونیاک بسیاری از کارشناسان استفاده از سوخت آمونیاک را به‌عنوان جایگزین سوخت‌های دیزل فعلی در کشتی‌‌‌‌‌‌ها، وسایل نقلیه، هواپیماها، تولید برق، تولید مواد شیمیایی، ترمینال‌‌‌‌‌‌های کشتیرانی، کشتی‌‌‌‌‌‌سازی، کارخانه‌‌‌‌‌‌های ساحلی، مخازن و موارد دیگر می‌‌‌‌‌‌دانند. همچنین این ماده نسبت به هیدروژن مایع چگالی انرژی بالاتر و قابلیت اشتعال کمتری دارد و در مقابل انفجار بسیار پایدار و مقاوم است و استفاده از آن به‌عنوان سوخت نسبت به سوخت‌های دیزلی آلایندگی کمتری دارد، بنابراین در آینده نزدیک می‌توان از این ماده برای ذخیره و انتقال هیدروژن و بازیابی هیدروژن به‌عنوان یک سوخت مطلوب استفاده کرد.
تبدیل هیدروژن به آمونیاک فقط برای تبدیل دوباره آن در محل مصرف به هیدروژن ممکن است عجیب به‌نظر برسد، اما باید توجه داشت حمل و نقل هیدروژن دشوار است، زیرا هیدروژن مایع باید در شرایط برودتی دمای منفی ۲۵۳درجه سانتیگراد ذخیره شود که با این کار بیش از یک‌سوم محتوی انرژی آن مصرف می‌شود، در حالی‌که آمونیاک را می‌توان در دمای منفی ۱۰درجه سانتیگراد و تحت‌فشار کمی به مایع تبدیل و برای مدت زمان طولانی به‌راحتی ذخیره کرد. دانشمندان معتقدند هزینه تبدیل هیدروژن به آمونیاک و برگشت آن به حالت اولیه، تقریبا برابر با تنها هزینه سردکردن هیدروژن است. همچنین انتقال آمونیاک با توجه به تجربه یک قرن استفاده در صنعت کشاورزی و سایر صنایع و وجود زیرساخت‌هایی مانند بنادر مجهز به پایانه‌‌‌‌‌‌های آمونیاک برای جابه‌جایی در سراسر جهان راحت‌‌‌‌‌‌تر است.
آمونیاک‌‌‌‌‌‌های رنگی چه هستند؟
همان‌طور که اشاره شد، در روش معمول تولید هیدروژن مقدار زیادی کربن منتشر می‌شود، به همین دلیل در صنعت آمونیاک به‌‌‌‌‌‌طور غیررسمی یک طرح رنگی برای توصیف شدت انتشار کربن روش‌های مختلف تولید هیدروژن موردنیاز اتخاذ شده است. بر اساس این طرح رنگی، اگر در روش هابربوش از زغال‌سنگ برای تولید هیدروژن موردنیاز استفاده شود، آمونیاک تولیدی را «آمونیاک قهوه‌‌‌‌‌‌ای» می‌‌‌‌‌‌نامند؛ اما اگر هیدروژن از گاز طبیعی به‌دست آید، آن را آمونیاک خاکستری می‌‌‌‌‌‌نامند که در حال‌حاضر بیش از ۷۵درصد از تولید هیدروژن در جهان با همین روش است. تشابه آمونیاک قهوه‌‌‌‌‌‌ای و خاکستری در انتشار گاز دی‌اکسید‌کربن به هوا است. آمونیاک آبی نیز دقیقا مانند آمونیاک خاکستری با استفاده از گاز طبیعی تولید می‌شود با این تفاوت که دی‌اکسید‌کربن آزادشده با هدف کاستن از آثار مخربش بر محیط‌زیست جذب و ذخیره شده و از ورود آن به اتمسفر جلوگیری می‌شود.
آمونیاک فیروزه‌‌‌‌‌‌ای هم از تجزیه متان به کربن عنصری و هیدروژن خالص و واکنش هیدروژن تولیدی با نیتروژن به‌دست میآید و از کربن آن برای تولید «کربن بلک» که به‌عنوان پرکننده لاستیک کاربرد دارد، استفاده می‌شود. معمولا آمونیاک فیروزه‌‌‌‌‌‌ای، بین آمونیاک‌سبز و آبی قرار می‌گیرد. آمونیاک‌سبز نیز با هیدروژنی ساخته می‌شود که از الکترولیز آب تامین شده باشد، بنابراین میزان آلایندگی آن به دلیل استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی در تمام مراحل فرآیند تولید آمونیاک صفر است.
فرصت‌های آمونیاک‌سبز
همان‌طور که پیش‌‌‌‌‌‌تر گفته شد در روش هابربوش تولید هیدروژن از سوخت‌های فسیلی از یک‌سو و مصرف مقدار زیادی گاز طبیعی جهت تامین گرما و فشار لازم برای واکنش شیمیایی از سوی دیگر، سبب تولید مقدار زیادی گاز دی‌اکسید‌کربن خواهد شد؛ به‌طوری‌که به ازای تولید هر ۱/ ۱ تن گاز هیدروژن، حدود ۶ تن گاز دی‌اکسید‌کربن تولید می‌شود. به‌عبارت دیگر، تولید آمونیاک سالانه منجر به انتشار بیش از نیم میلیارد تن گاز گلخانه‌‌‌‌‌‌ای در جهان می‌شود.
همین امر باعث‌شده تا محققان به‌دنبال راهکاری برای حذف فرآیند معمول هابربوش و کربن‌‌‌‌‌‌زدایی از فرآیند تولید آمونیاک باشند، از این‌رو دستیابی به فناوری جدید آمونیاک‌سبز که متکی بر منابع تجدیدپذیر مانند خورشید، باد و هیدروژن از آب است را راهکاری ایده‌‌‌‌‌‌آل برای حل بحران انرژی و آلودگی محیط‌زیست و نیز حذف ۲درصد از گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای جهانی ناشی از فرآیندهای تولید آمونیاک می‌‌‌‌‌‌دانند، تولید آمونیاک‌سبز همچنین فرصت‌های هیجان‌انگیزی را برای همکاری بین بازارهای کود شیمیایی و انرژی در جهان فراهم می‌‌‌‌‌‌کند.
به همین دلیل در سال‌های اخیر موضوع انرژی سبز نه‌تنها به بحث داغ متخصصان و فعالان حوزه محیط‌زیست تبدیل شده بلکه پای سیاستمداران را هم به این عرصه باز کرده است و در این زمینه برخی کشورهای جهان نظیر ژاپن، آمریکا، کانادا، دانمارک، سنگاپور، نروژ، هلند، استرالیا، امارات و عربستان‌سعودی با هدف به‌صفر‌رساندن تولید کربن، دسترسی به فناوری تولید آمونیاک‌سبز را به‌عنوان یک سوخت پاک در مرکز برنامه نوآوری و چشمانداز آینده خود قرار داده‌‌‌‌‌‌اند.
همچنین سرمایه‌گذاری‌‌‌‌‌‌ها و تحقیقات متعددی برای به‌حداقل‌رساندن تاثیر کربن حاصل از ساخت آمونیاک معمولی از طریق جذب و ذخیره کربن تولیدی و نیز تولید و انتقال و تبدیل آمونیاک‌سبز، طراحی کشتی‌‌‌‌‌‌های تانکر آمونیاک، توسعه مخازن و تامین زیرساخت‌های مربوطه انجام داده‌‌‌‌‌‌اند.
جاه‌‌‌‌‌‌طلبانه‌‌‌‌‌‌ترین این پروژه‌‌‌‌‌‌ها در عربستان‌سعودی است. این کشور که بزرگ‌ترین صادرکننده نفت جهان است، به‌شدت در تلاش است تا با شهرت منفی خود به‌عنوان تولیدکننده انرژی آلاینده مقابله کند.
در چند سال اخیر، این کشور علاوه‌بر اجرای برنامه‌‌‌‌‌‌‌هایی در جهت کاهش گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای و طرح‌‌‌‌‌‌‌هایی برای پرورش گیاهان جذب‌کننده کربن، در سال۲۰۲۰ یک پروژه ۵میلیارد دلاری با مشارکت شرکت آمریکایی ایر پروداکتس‌اند کمیکالز (Air Products and Chemicals) برای ساخت یک کارخانه تولید آمونیاک‌سبز با ظرفیت سالانه ۲/ ۱میلیون تن در شهر عاری از کربن نئوم، واقع در ساحل دریای‌سرخ منعقد کرده است. پنل‌‌‌‌‌‌های خورشیدی و توربین‌‌‌‌‌‌های بادی حدود ۴ گیگاوات برق موردنیاز برای نیروگاه‌‌‌‌‌‌های الکترولیز آب این پروژه را تامین خواهند کرد. همچنین این شرکت آمریکایی ۲میلیارد دلار دیگر را برای راه‌‌‌‌‌‌اندازی یک طرح توزیع جدید هزینه خواهد کرد تا آمونیاک‌سبز را در سراسر جهان به‌دستگاه‌های تخصصی نصب شده جهت بازیابی هیدروژن در ایستگاه‌‌‌‌‌‌های اتوبوس و کامیون‌‌‌‌‌‌‌هایی که با سوخت هیدروژنی کار می‌‌‌‌‌‌کنند، ارسال کند.
بر اساس گزارش شرکت بی‌‌‌‌‌‌پی، ایالت وسیع استرالیای‌غربی به دلیل برخورداری از وجود بادهای قوی سواحل جنوبی و غربی و همچنین تابش شدید نور خورشید، یکی از مکان‌‌‌‌‌‌های ایده‌‌‌‌‌‌آل است که با ایجاد مزارع وسیع توربین‌‌‌‌‌‌های بادی و پنل‌‌‌‌‌‌های خورشیدی، قابلیت لازم را برای تولید انرژی الکتریسیته معادل ۴برابر ظرفیت سیاره زمین را دارد.
به همین دلیل یک کنسرسیوم بین‌‌‌‌‌‌المللی پیشنهاد ساخت بزرگ‌ترین سایت تولید انرژی تجدیدپذیری جهان با ظرفیت ۵۴ گیگاوات انرژی به شکل هیدروژن و آمونیاک را با صرف هزینه ۱۰۰ میلیارد دلار در این منطقه داده است. این پروژه در ۳ فاز اجرا خواهد شد و هر سال حداکثر ۵/ ۳میلیون تن هیدروژن سبز یا ۲۰میلیون تن آمونیاک‌سبز تولید خواهد کرد.
این کنسرسیوم همچنین تاسیسات دریایی را برای انتقال این سوخت به کشتی‌‌‌‌‌‌ها احداث می‌‌‌‌‌‌کند. شاید طی ۳۰ سال آینده، سواحل جنوبی و غربی استرالیا مملو از ابر نفتکش‌‌هایی باشد که در سکوهای دریایی لنگر انداخته‌‌‌‌‌‌اند، اما به‌جای نفت، آمونیاک‌سبز ناشی از انرژی‌‌‌‌‌‌های تجدیدپذیر را در تانکرهای خود بارگیری می‌‌‌‌‌‌کنند.
توجیه اقتصادی پروژه‌‌‌‌‌‌های آمونیاک‌سبز
بر اساس برآوردهای محققان، هزینه تولید آمونیاک‌سبز ارزان نخواهد بود و ساخت این ماده حدود ۵۰۰ دلار برای هر تن هزینه خواهد داشت که تقریبا سه‌برابر هزینه تولید آمونیاک معمولی است. ساده‌‌‌‌‌‌ترین گزینه استفاده از آمونیاک‌سبز همانند آمونیاک معمولی، استفاده در صنعت کشاورزی البته بدون ایجاد گاز گلخانه‌‌‌‌‌‌ای و پرداخت هزینه انتشار کربن است که با توجه به قیمت هر تن فروش حدود ۷۵۰دلاری اوره در بازار جهانی، به‌نظر می‌رسد این کاربرد از لحاظ اقتصادی چندان مقرون‌به‌صرفه نباشد.
ارزش بالای آمونیاک‌سبز بیشتر به خاطر کاربرد آن در تامین انرژی خودروهای پیل سوختی خواهد بود. پیش‌بینی می‌شود در بازار انرژی تجدیدپذیر و پیل‌‌‌‌‌‌های سوختی هر تن آمونیاک‌سبز ۲۲۰۰ دلار به‌عبارتی حدود ۸برابر بیشتر از قیمت آمونیاک معمولی به فروش برسد. یکی دیگر از مشکلات استفاده از آمونیاک‌سبز به‌عنوان سوخت، این است که برخی از فناوری‌های موردنیاز مانند موتورهای آمونیاک‌سوز هنوز به صورت آزمایشی هستند. اخیرا پیل سوختی مک‌فارلین راهکار مناسبی برای استفاده کارآمدتر از آمونیاک‌سبز ارائه داده است، این پیل با تبدیل برق تجدیدپذیر به یک گاز غنی از انرژی، به‌راحتی می‌تواند سرد و به سوخت مایع تبدیل شود و به هر نقطه از جهان انتقال یابد و دوباره به برق یا گاز هیدروژن برای تامین انرژی خودروهای پیل سوختی تبدیل شود.
هر چند تاکنون در ایالات‌متحده استفاده از این‌گونه پیل‌‌‌‌‌‌های سوختی در خودروها در مقایسه با خودروهای باتری‌‌‌‌‌‌دار چندان مورد‌توجه قرار نگرفته، اما در عوض کشور ژاپن که در راستای توافق اقلیمی پاریس، متعهد شده که انتشار گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای را در مقایسه با سطح سال۲۰۱۳ تا سال۲۰۳۰ به میزان ۲۶درصد کاهش دهد، به‌شدت از سلول‌‌‌‌‌‌های سوختی حمایت می‌‌‌‌‌‌کند. این کشور قصد دارد در استفاده از آمونیاک در سطح جهانی پیشتاز شود، از همین‌رو بیش از ۱۲میلیارد دلار برای استفاده از این فناوری به‌عنوان بخشی از استراتژی خود برای کاهش واردات سوخت‌های فسیلی و انجام تعهدات خود برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای هزینه کرده است. امروزه این کشور حدود ۲۵۰۰ وسیله نقلیه پیل‌سوختی در جاده‌‌‌‌‌‌ها دارد و مقامات ژاپن انتظار دارند این رقم تا سال۲۰۳۰ به بیش از ۸۰۰ هزار وسیله نقلیه برسد.
چشمانداز بازار و موقعیت ایران
پیش‌بینی می‌شود در آینده نزدیک با تولید نامحدود و با صرفه آمونیاک‌سبز، رشد بازار و افزایش مسیرهای توزیع واردات و فناوری‌های استفاده از آن، نه‌تنها مشکل زیست‌محیطی سوخت‌های فسیلی حل شود؛ بلکه بازار جهانی چند تریلیون دلاری سوخت‌های فسیلی هم تحت‌تاثیر آمونیاک‌سبز قرار گیرد.
آمونیاک‌سبز انرژی پایان‌ناپذیر متشکل از نورخورشید، هوا و دریا خواهد بود که می‌توان آن را ذخیره یا ارسال کرد، یا حتی سوزاند و دوباره به هیدروژن و نیتروژن تبدیل کرد تا بدون تولید کربن به کره‌زمین انرژی دهد. تحقق رویایی که بشر تاکنون حتی با گداخت هسته‌‌‌‌‌‌ای هم به آن دست نیافته است. کشورهای پیشرفته جهان و حتی بعضی از کشورهای منطقه با برنامه‌‌‌‌‌‌ریزی و سرمایه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاری‌‌‌‌‌‌های گسترده و ایجاد بسترهای لازم به‌دنبال چشمانداز اقتصاد آمونیاکی هستند تا سهم بیشتری از این بازار پرسود داشته باشند.
به باور نگارنده ایران به لحاظ برخورداری از موقعیت ایده‌‌‌‌‌‌آل سواحل گرم دریای عمان و خلیج‌فارس و نیز در راستای رعایت تعهدات و پروتکل‌‌‌‌‌‌های محیط‌زیستی و از همه مهم‌تر، بهره‌‌‌‌‌‌مندی از سود سرشار انرژی‌‌‌‌‌‌های تجدیدپذیر؛ باید از هم‌اکنون برنامه‌‌‌‌‌‌‌هایی را با کمک شرکت‌های دانش‌‌‌‌‌‌بنیان مرتبط و استفاده از تجربیات کشورهای پیشرو جهت تولید، توزیع و مصرف آمونیاک‌سبز در چشمانداز آتی بخش انرژی خود ترسیم کند.
شایان ذکر است که ظرفیت اسمی تولید آمونیاک در کشور که از نوع آمونیاک خاکستری و بر اساس فرآیند هابربوش است، سالانه بالغ بر ۵میلیون و ۴۰۰ هزار تن است که بیشتر آن صادر می‌شود و کشورهای هند، کره‌جنوبی، تایوان، ترکیه، اندونزی و فیلیپین به ترتیب مهم‌ترین بازارهای هدف صادراتی این محصول هستند. مطابق برنامه‌‌‌‌‌‌های توسعه‌‌‌‌‌‌ای صنعت پتروشیمی کشور، با راه‌‌‌‌‌‌اندازی طرح‌‌‌‌‌‌های جدید ظرفیت تولید آمونیاک تا سال۲۰۲۵ به۵/ ۸ میلیون تن می‌رسد تا به این ترتیب سهم ایران از ظرفیت تولید این محصول خاورمیانه از حدود ۲۰درصد به بیش از ۴۰درصد افزایش خواهد یافت و فرصتی بی‌نظیر در زمینه تولید آمونیاک‌سبز به‌وجود میآید.
