化肥部门的绿色化

化肥部门的绿色化

十月07,2019 | 通过 安德鲁·赫奇斯 在伦敦

化肥公司可能成为可再生能源开发商的重要新市场。

通过哈伯-博世(Haber-Bosch)工艺生产的氨对于氮肥行业至关重要,而氮肥行业又是养活当前世界人口能力的基础。目前,该行业的年营业额为2500亿美元。它消耗了全球天然气产量的3%至5%,碳足迹为全球排放量的1.5%。

由于四个因素,增加对绿色氢的投资有望在2020年代改变氨的生产。

首先,现在有多个试点项目正在测试在没有新技术进步的情况下是否可将可再生能源用于生产氨。

第二,资本成本的显着降低使可再生能源电厂的成本在生产氢气方面与天然气相比具有竞争力。

第三,大量可再生能源开发商准备长期提供低成本电力。

第四,现在有经济有效的解决方案,用于管理需要基本负载供电的工业过程中可再生能源的间歇性。

面临挑战,但是短期内所需的只是在正确位置的正确合作伙伴。

概念证明

哈伯-博世(Haber-Bosch)工艺涉及在高温和高压下在铁催化剂上混合氢气和氮气以产生氨。在全球范围内,几乎所有的氢气都来自化石燃料,例如天然气或煤炭,其中一半的氢气用于通过Haber-Bosch工艺生产氨。绿化此过程可能涉及使用可再生电力作为电源,也可能使用由可再生电力驱动的电解过程产生的氢气。

许多试点项目已经或计划展示使用现成的技术如何发生这种情况。

2019年7月,全球最大的肥料公司之一Yara宣布,它将努力在2050年之前使Yara达到碳中和,包括使用碳中和的氨水生产硝酸盐基肥料。目前,该公司正在进行一项绿色氢装置设计的可行性研究,该装置将与Yara在澳大利亚西部Pilbara的现有氨装置合并。可行性研究的目标是将皮尔巴拉氨工厂从完全依靠天然气生产氢气的工厂转变为其中很大一部分氢气来自可再生能源的工厂。它将通过使用2.5兆瓦的太阳能电池阵列为一组电解槽供电。

澳大利亚也是Hydrogen Utility资助的南澳大利亚州政府示范项目的所在地。该项目将包括一个15兆瓦的电解器系统,用于产生氢气。该工厂还将包括一个小型的氨工厂,目的是成为最早的可再生能源生产氨的商业设施之一。

2018年8月,OCP集团宣布了计划开发绿色氢和绿色氨作为肥料生产的可持续原材料。这包括在德国和摩洛哥建立中试工厂。

西门子目前正在英国牛津运营绿色氨示范工厂。该项目使用风力涡轮机为典型的Haber-Bosch工艺提供动力,包括该工艺的氢电解生产。该示范工厂仅使用现有的成熟技术。

2018年,Siemens Gamesa宣布与丹麦气候创新基金Energifonden Skive建立合作伙伴关系,以研究丹麦生态工业中心的风力发电产生的氨。

极有可能在2020年代初,将有大量的示范工厂能够从可再生能源中大规模生产氨。

低成本可再生能源

关于电解产生氢的各种研究强调了能源成本的至关重要性。

对于工业过程中氢气的基本负荷生产,碱性电解槽是一种合适且成熟的技术。这些的资本成本也是众所周知的。大多数研究预计会降低资本成本。但是,在短期内,尽早使用绿色氢气生产氨的关键是低成本的可再生电力。

例如,一项研究表明,每千瓦时3美分或更低的可再生电力成本意味着生产氢气的成本为每千克2美元,与天然气生产的氢气相比具有成本竞争力。最近有许多太阳能成本急剧下降的例子。在沙特阿拉伯,葡萄牙,加利福尼亚和巴西等太阳能资源丰富的地区,竞争性采购新的太阳能电力导致出价低于每千瓦时3美分。

即使政府正在削减对太阳能光伏等成熟技术的财政支持,激烈的竞争仍在推动这些结果。在某些国家,政府补贴现在也正在竞标中。可再生能源开发商将继续竞标减少补贴,因为此类补贴通常可以为债务融资提供长期的收入确定性。随着诸如太阳能之类的技术与其他技术齐头并进,为新建项目寻求收入确定性将继续是一个主导主题。

正是这种动态使氨生产成为可再生能源的天然伙伴。

在过去的十年中,根据发电机与公司客户之间的直接销售安排,已经开发了大量的可再生能源。这些公司PPA为政府对可再生能源和公用事业合同的财政支持提供了重要的替代方法。

根据当前趋势,毫无疑问,在正确地理位置的氨水生产商将能够购买长期可再生能源解决方案,以大规模生产绿色氢,其成本远低于目前基于气态氢的生产成本。如以下进一步讨论的那样,可再生能源生产的间歇性需要加以管理。一种替代方法是让氨生产商使用来自电网的电力,但是通过虚拟的PPA对该地区的大型可再生能源设施进行套期保值。在整个经济模型中,必须考虑到向氨气生产设施供电的电网费用。

管理间歇性

在现场工业设施上使用可再生能源发电引发了人们的担忧,即输出的间歇性使可再生能源成为不合适的解决方案。考虑各种现有和新兴解决方案时,情况并非如此。

在欧美市场上,合同解决方案的例子很多,可再生能源的现场用户将在成本效益的基础上获得可靠的交付情况。实际上,在英国这样的地方,这意味着使用的电力将是现场发电和进口的绿色电力的混合,这意味着有适当证书支持的电力。在美国,合同解决方案可能是为可再生发电机提供定型产品,在该产品中,它使用交易部门来补充来自其他来源的电,以补充可再生电力的不足。

电池的成本正在迅速下降,并且有许多开发人员准备使用电池为现场用户提供可靠的电力传输解决方案的全球示例,例如基于太阳能的电池。

氢气和氨气都可以存储,然后用于发电。尽管这些解决方案的经济性使其不太可能适用于第一波绿色肥料生产,但可以考虑采用综合解决方案,其中使用过量的可再生发电来生产氢气,然后在以后的时间使用该发电来平滑发电个人资料。