Achtergrond

De voordelen en risico’s van low-carbon ammoniak

© iStock. Amerikaanse kunstmestfabriek. Ongeveer 80 procent van de globale ammoniakproductie wordt gebruikt voor het maken van kunstmest.

Bedrijven in de Rotterdamse haven zullen een belangrijke rol spelen bij het importeren, opslaan, kraken en doorvoeren van blauwe en groene ammoniak. Maar pas op: technische miskleunen in de ammoniakketen kunnen gemakkelijk leiden tot een boemerangeffect op klimaat en stikstofketen.

Blauw, groen en grijs

‘We denken dat in 2030 ergens tussen de 7 tot 10 miljoen ton blauwe en groene ammoniak de haven zal binnenkomen,’ zegt Mark Stoelinga, manager energie en infrastructuur bij Havenbedrijf Rotterdam. Die ammoniak zal dan komen uit gebieden die over veel groene energie beschikken zoals Spanje, Noord-Afrika, Australië en het Midden-Oosten. Waarschijnlijk ook uit de VS waar de overheid het maken van groene en blauwe ammoniak dik subsidieert.

Momenteel komt er volgens Stoelinga ieder jaar zo’n half miljoen ton ammoniak de Rotterdamse haven binnen. Het grootste deel daarvan wordt opgeslagen in twee tanks op de terminal van kunstmestproducent OCI. Het gaat daarbij nog niet om blauwe of groene maar om grijze ammoniak. OCI heeft reeds een vergunning voor de bouw van een derde tank en die zou dan gebruikt kunnen worden voor de opslag van blauwe of groene ammoniak.

Blauw, groen, grijs? Hoe zit dat ook alweer? De wereld produceert jaarlijks zo’n 180 miljoen ton grijze ammoniak middels het Haber-Boschproces, een proces dat hierbij zo’n 500 miljoen ton CO2 uitstoot, meer dan één procent van alle antropogene CO2-emissies. Haber-Bosch is een zegen voor de mensheid omdat het de productie van kunstmest, en dus voedsel, mogelijk maakt. Aan de minkant staan dan de CO2-emissies en de verstoring van de stikstofkringloop.

Vang alle, of de meeste, CO2 van Haber-Bosch af, dan heet het product blauwe ammoniak. Groene ammoniak wordt ook gemaakt met Haber-Bosch maar in dit geval wordt louter groene elektriciteit gebruikt om groene waterstof en stikstof om te zetten in ammoniak. Groene en blauwe ammoniak zijn zeer geschikt als low-carbon brandstoffen voor de scheepvaart en energiecentrales. Low-carbon ammoniak wordt echter vooral gezien als de beste manier om de energie van groene waterstof op te slaan en over grote afstanden te verschepen.

© Wikimedia Commons. Luchtfoto van de haven van Rotterdam.

Maken en kraken

Stoelinga coördineerde een samenwerkingsverband van 17 bedrijven dat adviesbureau Fluor een onderzoek liet doen naar de mogelijkheid een kraker te bouwen die ammoniak omzet in waterstof. ‘Zo’n kraker is economisch, technisch en qua veiligheid een haalbare zaak,’ zegt Stoelinga. ‘Gezien de geleidelijke ontwikkeling van de waterstofeconomie denken wij wel dat het een goede strategie is om eerst een of twee kleinere ammoniak importterminals met krakers te realiseren vóór we naar een grotere schaal gaan.’

Een stuk of vijf bedrijven hebben plannen voor nieuwe ammoniakterminals in het Rotterdamse havengebied. Air Products is daarmee het verst gevorderd. Dit bedrijf is partner in het NEOM Green Hydrogen Complex, een groene waterstoffabriek van €7.8 miljard in Saudi-Arabië die in 2026 moet beginnen met de productie van 1.2 miljoen ton groene waterstof per jaar. De 110 20 MW-elektrolyzers van dit complex zullen alle elektriciteit afnemen van zonnepanelen en windturbines met een totaal vermogen van 4 GW. Air Products zal de volledige productie van NEOM afnemen en kan deze als ammoniak verschepen naar Rotterdam, Hamburg, Immingham in het Verenigd Koninkrijk of bestemmingen in Azië.

Tegelijkertijd is kunstmestproducent OCI in het Texaanse Beaumont bezig met de bouw van een fabriek die jaarlijks 1.1 miljoen ton blauwe ammoniak moet produceren. Het Amerikaanse bedrijf Linde zal in Beaumont blauwe waterstof produceren in een installatie waarbij jaarlijks 11.7 miljoen ton CO2 wordt afgevangen en opgeslagen. Linde levert vervolgens de blauwe waterstof en stikstof aan de installatie van OCI voor de productie van blauwe ammoniak. In deze keten zou dan 95 procent van alle CO2-emissies zijn geëlimineerd.

“De fabriek in Beaumont stelt ons in staat ons toonaangevende platform voor blauwe ammoniak en schone brandstoffen op te bouwen en te versterken, en zowel de VS als de exportmarkt te voorzien van blauwe ammoniak, een ideale oplossing om moeilijk te verminderen sectoren zoals landbouw, energie en scheepsbrandstoffen tegen concurrerende kosten te decarboniseren”, aldus Ahmed El-Hoshy, Chief Executive Officer van OCI N.V. OCI zou de blauwe waterstof uit Texas kunnen gebruiken voor zijn kunstmestfabriek in LImburg.

© NEOM. Het NEOM complex in aanbouw in Saudi Arabië. Het NEOM Green Hydrogen Complex moet in 2026 beginnen met de productie van 1.2 miljoen ton groene waterstof die vervolgens als ammonia geëxporteerd zal worden.

Concurrerende kosten? Uiteraard is blauw fors duurder dan grijs. Volgens Alexander Derricott, een analist van de CRU group, is de productie van blauwe ammoniak in de VS per ton 119 dollar duurder dan de productie van grijze ammoniak. De Amerikaanse overheid geeft echter op basis van de Inflation Reduction Act een subsidie van 145 dollar op een ton blauwe ammoniak. Verder verwachten de producenten dat de Japanse en Zuid-Koreaanse elektriciteitsproducenten bereid zijn een premie te betalen om hun kolencentrales te laten draaien op een mixture van steenkool en low-carbon ammoniak.

Tanken tekort?

Behalve in Saudi-Arabië en Texas, zullen er voor 2027 nog low-carbon ammoniakfabrieken opstarten in Brazilië (2), de VS, Canada en Australië (2). Samen zullen ze een jaarcapaciteit hebben van 13 miljoen ton. Het is nog maar de vraag of er in 2027 voldoende tankers zullen zijn om al die ammoniak naar Europa en Azië te transporteren. Het Internationale Energieagentschap voorspelt dat er in 2030 70 very large ammonia carriers (VLAC’s) nodig zijn ieder met een capaciteit van minimaal 80.000 kuub. Momenteel zijn er wereldwijd nog niet meer dan 40 kleinere ammoniaktankers in de vaart.

Het is dus geen wonder dat scheepswerven in Zuid-Korea, Japan, Griekenland, China en Duitsland bedolven worden onder ‘preliminary orders’ voor het bouwen van VLAC’s. Met name vanwege de hoge toxiciteit en corrosiviteit van ammoniak zijn deze tankers aanzienlijk duurder dan LPG-tankers. Mocht de ontwikkeling van de ammoniakmarkt minder snel gaan, dan hebben de eigenaren wel een achterdeurtje: de VLAC’s kunnen namelijk net zo goed gebruikt worden voor het transport van LPG als voor ammoniak.

De verwachting is dat de markt voor groene en blauwe ammoniak pas echt goed op gang zal komen wanneer de scheepvaart ammoniak begint te gebruiken als brandstof. Daarvoor worden inmiddels de eerste stappen gezet. Zo zullen een aantal van de nieuwe VLAC’s worden gebouwd met de optie motoren te installeren die op ammoniak draaien. Dat al die tankers in eerste instantie zullen varen op fossiele brandstoffen doet natuurlijk behoorlijk afbreuk aan het low-carbon stempel van hun lading.

Volgens Stoelinga moet Havenbedrijf Rotterdam nog een aantal stappen zetten voor schepen in Rotterdam ammoniak gaan bunkeren. ‘We willen nog dit jaar een aantal pilots doen met ship-to-ship transfer om te laten zien dat dit op een veilige manier kan gebeuren.’ Wat betreft de grootschalige opslag meent Stoelinga dat inmiddels alle codes en regels gereed zijn: ‘PGS 12, de lokale Nederlandse norm voor ammoniakopslag, is kortgeleden aangescherpt. Alle stakeholders zijn het erover eens dat de regels die we nu hebben zo veilig mogelijk zijn. Dit vraagt forse investeringen, maar dan krijg je ook een systeem dat gebouwd is met de beste technieken die nu beschikbaar zijn.’

© Fortescue.com De Fortescue is volgens het havenbedrijf van Singapore het eerste zeewaardige schip dat met een dual-fuel motor zowel op diesel als op ammoniak kan varen.

Waarschuwing

De beste technologie is absoluut noodzaak. Wetenschappers van de Princeton University publiceerden vorig jaar een onderzoek met een waarschuwing: wanneer de grootschalige productie, de transport en het gebruik van low-carbon ammoniak niet met de allerbeste technologieën, de beste engineering en volgens de strengste regels gebeurt, dan kan een ammoniak-economie juist grote schade berokkenen aan het klimaat en de stikstofkringloop.  

Op papier ontstaan bij de verbranding van ammoniak louter stikstof en water. ‘In de praktijk is zo’n verbranding door allerlei omstandigheden vrijwel nooit perfect en zal gemiddeld 1 procent van alle stikstof uitgestoten worden als N2O,’ zegt Michael Mueller, één van de schrijvers van het Princeton rapport. Het Global Warming Potential (GWP) van N2O is 265 keer zo groot als dat van CO2. Wanneer 5 procent van het primaire energieverbruik in de wereld geleverd wordt door het verbranden van ammoniak, dan zal volgens Mueller het broeikasgaseffect van de N2O emissies gelijk zijn aan dat van 15 procent van alle huidige emissies van fossiele brandstoffen.

Volgens Mueller heeft ammoniak in vergelijking met andere brandstoffen relatief slechte verbrandingseigenschappen. Dat betekent dat bij verbranding naast N2O ook stikstofoxiden ontstaan die de ozonlaag aantasten en de bodem verzuren. Verder zal er volgens het rapport van Princeton bij de productie, het transport en het kraken ammoniak ontsnappen. Voor de schatting hoe groot deze ammoniakslip zal zijn baseren ze zich op de percentages methaan die ontsnappen bij het transport van aardgas. Dat loopt nogal uiteen: van 2 procent in de VS tot 0.3 in Noorwegen.

De onderzoekers van Princeton besluiten hun rapport wel met een optimistische noot. Alle negatieve effecten van het grootschalige gebruik van ammoniak kunnen worden geminimaliseerd. Mueller: ‘Wanneer we de beste engineering oplossingen en de beste technologieën gebruiken, dan kunnen alle mogelijke negatieve effecten van ammoniak aanzienlijk worden teruggedrongen.’ Hij ziet het Princeton rapport als een handboek dat aangeeft hoe allerlei problemen met low-carbon ammoniak omzeilt kunnen worden.

Ook Stoelinga laat een optimistisch geluid horen. ‘Je hebt natuurlijk de kans op allerlei ongewenste emissies in een ammoniakketen. Maar daar zijn altijd technische oplossingen voor te vinden. Er is voorlopig, bij een prijs van 10 dollar per kilo, nog geen rendabele business case voor groene ammoniak. Maar als je er toch aan begint, dan moet je het zo goed mogelijk doen en zorgen dat de emissies minimaal zijn.’


Je las zojuist een gratis premium artikel op TW.nl. Wil je meer van dit? Abonneer dan op TW en krijg toegang tot alle premium artikelen.


 

Onderwerp:
BouwCiviele TechniekEnergieEnergietransitie

Meer relevante berichten

Nieuwsbrief
Relevante berichten