Канадська технологія дозволить фермерам виробляти власний «зелений» аміак для добрив з повітря та води, використовуючи відновлювану енергію
Трейсі та Кертіс Гіберти, які обробляють 4500 га у Манітобі (Канада), зараз так само, як і всі фермери в світі, дуже стурбовані через ціни на добрива та їхню доступність. Добрива є найбільшою компонентою витрат під час вирощування зернових та олійних культур.
Ось чому Гіберти та багато їхніх колег надзвичайно зацікавлені в революційній технології від стартапу FuelPositive з Онтаріо, яка перебуває в процесі комерціалізації. Основна технологія – це модульна контейнерна електрична система виробництва безводного «зеленого» аміаку (NH3), яка може бути розміщена прямо у приватному господарстві.
«Зелений» аміак як добриво й паливо
Для виробництва потрібне лише повітря, вода та живлення відновлюваною енергією, яка виробляється на місці, якщо це можливо. «Зелений» аміак можна застосовувати як добриво, але також він може використовуватися в господарстві як пальне для двигунів внутрішнього згоряння або замість пропану для систем сушіння зерна.
На думку головного виконавчого директора FuelPositive Яна Кліффорда, надання фермерам контролю над засобами виробництва ключових для них ресурсів, таких як азотні добрива, є значним кроком на шляху до незалежності у веденні бізнесу.
Потенційними клієнтами технології виробництва «зеленого» аміаку є не лише великі господарства, а й значна кількість тепличних господарств, які вирощують рослини в контрольованих умовах у закритому ґрунті
Повномасштабний демонстраційний проєкт
Минулого року, коли у господарстві Гібертів було оголошено про повномасштабний демонстраційний проєкт, Кертіс Гіберт пояснював, що виготовлення власних добрив дозволить їм уникнути перебоїв з постачанням безводного аміаку, яке в останні роки було нерегулярним, а також позбавить їх залежності від значних коливань цін.
Демонстраційна система FuelPositive живиться електроенергією від безвуглецевої електромережі Манітоби в поєднанні з сонячними батареями Гібертів потужністю 200 кВт. Операційний інтерфейс системи перебуває в режимі тестування, оскільки саме зараз проходить перевірку екстремальними зимовими температурами Манітоби та майбутнього теплого літа.
Для створення першої з трьох запланованих демонстраційних систем FuelPositive отримав 300 000 канадських доларів федерального фінансування.
Хід пілотного проєкту
На кожному етапі виробництва аміаку проводяться певні тестування, зокрема за допомогою мас-спектрометра відбувається перевірка складу та чистоти газів (водню, азоту та утворюваного аміаку). Ключовою для процесу виробництва залишається чистота водню, який система отримує безпосередньо з води. Чистота водню найбільше впливає на продуктивність технології і безпосередньо відповідає за швидкість синтезу аміаку. Ця частина процесу є найбільш витратною. Під час пілотного проєкту випробовуються дві різні технології електролізу води.
FuelPositive (далі FP) проводить також незалежну перевірку патентованих конвертерів синтезу «зеленого» аміаку. Спочатку буде оцінюватися швидкість реакції розкладу, потім – контрольні параметри (тиск і температура), а потім – відсоток виходу продукту реакції.
Модуль синтезу азоту також проходитиме незалежну перевірку. Після цього він буде введений у експлуатацію та інтегрований до системи, яку після запуску тестуватимуть FP та ще дві незалежні експертні організації.
Описана технологія є оригінальною розробкою професора Ібрагіма Дінсера з Технічного університету Онтаріо, придбаною FP. Кліффорд характеризує доктора Дінсера як видатного вченого у галузі «зеленого» водню та «зеленого» аміаку, а його університет – як науковий заклад світового класу. Головний виконавчий директор FP зізнається, що вони витратили чимало часу на те, щоб зрозуміти задум доктора Дінсера та його команди.
Огляд панелі керування електролізером
«Зелений» аміак і зміна клімату
Паралельно FP також працює над розробкою міжнародних стандартів акредитації та правил користування «зеленим» аміаком – процесом, описаним Кліффордом як «активна та тривала ініціатива, що залучає зацікавлені сторони з різних рівнів у багатьох відомствах». FP вважає, що ці стандарти допоможуть фермерам впливати на місцеві органи влади, щоб ті підтримували використання екологічно чистого аміаку в своїй діяльності.
FP переконана, що за умови застосування сучасних методів глибокого введення екологічно чистого безводного аміаку в ґрунт мінімізуються викиди закису азоту – парникового газу, що утворюється під час звичайного внесення добрив. Компанія вважає, що за умови правильного використання безводного аміаку цей продукт буде найкращим варіантом порівняно з іншими видами азотних добрив.
Наприкінці листопада компанія FP оголосила про призначення професора Маріо Тенута з Університету Манітоби своїм радником з питань скорочення викидів парникових газів у сільському господарстві. Тенута очолює національну «Кафедру промислових досліджень» у 4R Nutrient Stewardship – глобальній ініціативі, яка згідно зі своїм гаслом 4R (Right Source, Right Place, Right Rate, Right Time) має на меті сприяти застосовуванню правильних добрив, правильним способом, у правильному місці та у правильний час.
Як влаштовано систему
Система складається з чотирьох частин:
- генератор азоту для фіксації азоту з повітря,
- електролізер води для виробництва водню (в рамках пілотного проєкту в Манітобі проходять оцінювання два різні типи),
- патентований конвертер аміачного синтезу, який виробляє «зелений» аміак з водню та азоту,
- контейнери для аміаку.
Система спроєктована як автоматична та самоконтрольована, але нею також можна керувати віддалено.
Технік FuelPositive спостерігає за показниками мас-спектрометра
Вплив «сірого» аміаку на довкілля
Загалом у світі щороку виробляється та використовується понад 200 мільйонів тонн традиційного (так званого «сірого») аміаку. Наразі це друга за обсягами виробництва хімічна речовина у світі (після сірчаної кислоти), і близько 80% її використовується як азотне добриво для вирощування продуктів харчування.
Традиційна аміачна промисловість генерує понад 420 мільйонів тонн вуглекислого газу щорічно. На кожну тонну виробленого «сірого» аміаку припадає майже три тонни парникових газів.
Відповідаючи на запитання про потенційний вплив технології FP на навколишнє середовище, Кліффорд зазначив, що, оскільки традиційний процес виробництва аміаку приводить до значних емісій вуглецю, декарбонізація цього процесу стала б надзвичайно важливою. Виробництво однієї тонни «зеленого» аміаку в системі FP безпосередньо компенсує викиди, еквівалентні кільком тоннам вуглекислого газу.
Крім того, локалізація виробництва «зеленого» аміаку в приватних господарствах (порівняно з промисловими масштабами виробництва «сірого» аміаку) теж матиме позитивний вплив на навколишнє середовище. Причина полягає в тому, що аміак виробляє незначна кількість заводів, а це означає, що його потрібно транспортувати до місць використання на великі відстані.
І, як пояснює Кертіс Гіберт, фермери не мають точних даних щодо того, коли вони отримають аміак, у яких кількостях і скільки їм доведеться заплатити. У певних частинах світу купівля добрив фермерам зараз недоступна.
Два стеки електролізера в електролізерному блоці
Контрольоване вирощування
Потенційними клієнтами технології виробництва «зеленого» аміаку є не лише великі господарства, що займаються рослинництвом, а й значна кількість тепличних господарств, які вирощують рослини в контрольованих умовах у закритому ґрунті.
Нещодавно компанія підписала дві нові угоди про партнерство, пов’язані з веденням сільського господарства в контрольованому середовищі. Перша з них – з доктором Ленор Ньюман, директоркою Інституту продовольства та сільського господарства при Університеті Фрейзер-Велі у Британській Колумбії, разом з якою FP працюють над пошуком партнерів для демонстраційного пілотного проєкту.
Друга угода – з Центром досліджень систем контрольованого середовища в Університеті Гуелфа в Онтаріо. Партнерство включатиме детальні дослідження для визначення оптимальної продуктивності системи FP для різних культур і середовищ вирощування. Дослідження проводяться під керівництвом директора Центру д-ра Майкла Діксона, а також д-ра Томаса Грема, завідувача кафедри PhytoGro.
Кліффорд і команда FP також дуже раді можливостям використання «зеленого» аміаку для багатьох інших масштабних застосувань у майбутньому. Як згадувалося, аміак може замінити викопне паливо в двигунах, а також використовуватися для осушення, опалення чи охолодження (аміак зазвичай використовується як холодоагент), очищення води та дезінфекції систем водопостачання.
Цієї осені FP стала однією з п’яти канадських технологічних компаній, яку запросили виступити на 13-му щорічному канадсько-британському енергетичному саміті в Лондоні.
Основна інформація про систему, вартість та попередній продаж
Технологічний етап: демонстраційний проєкт (господарство в Манітобі, Канада).
Дата комерціалізації: поки невідомо.
Кількість передпродажних замовлень: передпродаж не оголошено, але є значний попит.
Продуктивність базової установки: 300 кг/день (100 тонн/рік) безводного аміаку – достатньо для обробки близько 800 га.
Конструкція: модульна (дозволяє легко додавати нові елементи за потреби).
Споживання води: 476 л на добу.
Використання електроенергії, якщо клієнт обирає автономні сонячні батареї: масив потужністю біля 1 МВт з можливістю збереження енергії в акумуляторних батареях.
Розмір базового модуля: 3 стандартних 6-метрових транспортних контейнера.
Термін служби системи: кілька десятиліть, з періодичною модернізацією.
Право власності: систему можуть придбати окремі фермери або групи фермерів.
Вартість: початкова базова ціна системи в розмірі 950 000 канадських доларів (655 000 євро) була оголошена в серпні 2022 року. Однак фактична ціна, яку сплачує кожен клієнт, буде різною, залежно від особливостей господарства. До таких особливостей входять доступ до «зеленої» електроенергії, розмір і конфігурація оптимальної системи для виробництва, а також кількість систем (одна чи кілька).
Рентабельність інвестицій (ROI): включає ціну електроенергії (якщо вона не вироблена в цьому ж господарстві) і товарну ціну «сірого» аміаку в певний момент часу.