Green Ammonia: Apa yang baru? – Sudah lebih dari 2 tahun sejak kami menerbitkan karya terakhir kami tentang Amonia, sementara minat pada Amonia tetap kuat, kami mengharapkan lebih banyak permintaan untuk amonia hijau yang dihasilkan oleh peningkatan harga gas alam dan peristiwa geopolitik baru-baru ini yang dapat mengakibatkan perubahan signifikan dalam industri. Lebih lanjut, karena pasar terus berkembang, begitu pula para inovator yang ingin mengatasi tantangan dan peluang di ruang ini. Amonia tetap menjadi bahan kimia industri yang penting dengan sekitar 200 juta ton per tahun produksi. Sekitar 80% dari amonia yang diproduksi digunakan dalam pupuk kimia (pasar senilai lebih dari $ 100 miliar) yang menopang produksi makanan untuk miliaran orang.
Gas pada suhu kamar, amonia dapat dicairkan di bawah tekanan rendah atau ketika didinginkan. Sebagai yang telah dibahas sebelumnya, sifat-sifat amonia menjadikannya pembawa energi potensial yang menarik (jarak jauh) dan bahan bakar transportasi. Salah satu pasar potensial utama di masa depan adalah industri perkapalan yang bertanggung jawab atas sekitar 2,5% dari total emisi CO2 dunia. Organisasi Maritim Internasional (IMO), yang menciptakan kebijakan untuk 173 negara anggotanya, mengadopsi strategi GRK yang menargetkan pengurangan intensitas karbon per aktivitas transportasi sebesar 40% pada tahun 2030 dan sebesar 70% pada tahun 2050, dibandingkan dengan tahun 2008. Meskipun solusi penyimpanan elektrokimia telah mendapatkan daya tarik, bahan bakar rendah karbon tetap dominan di sebagian besar proyeksi, dengan amonia salah satu bahan bakar masa depan terkemuka bersama metanol, hidrogen, dan lainnya.
Amonia diproduksi secara konvensional menggunakan proses Haber Bosch yang membutuhkan input nitrogen dan hidrogen. Secara historis hampir semua hidrogen yang dibutuhkan telah dihasilkan dari reformasi uap gas alam, atau gasifikasi batubara. Nitrogen berasal dari proses pemisahan udara. Produksi amonia saat ini menghasilkan sekitar 2% dari emisi global. Produsen semakin berada di bawah tekanan pemegang saham dan pelanggan untuk mengatasi emisi ini. Kebijakan seperti Skema Perdagangan Emisi UE dan Mekanisme Penyesuaian Perbatasan Karbon (CBAM) yang diusulkan kemungkinan akan menambah tekanan lebih lanjut karena harga karbon meningkat, tunjangan bebas ETS dihapus, dan amonia yang diimpor ke UE dapat menarik biaya tergantung pada intensitas karbonnya.
Amonia rendah karbon dan hijau skala besar
Pendekatan utama untuk menurunkan intensitas karbon produksi amonia adalah melalui produksi hidrogen alternatif. Ini termasuk produksi hidrogen dengan penangkapan karbon (‘biru’), hidrogen dari pirolisis metana (‘pirus’), dan hidrogen yang dihasilkan oleh elektrolisis (hijau). Pendekatan ini biasanya menyebabkan biaya tambahan.
Produksi amonia biru rendah karbon skala komersial ada saat ini. Misalnya Nutrien memiliki kapasitas sekitar 1 juta ton per tahun. Ada juga sejumlah proyek yang direncanakan seperti 1 juta ton per tahun Barents Biru proyek di Norwegia yang sedang mempersiapkan studi FEED sebelum keputusan investasi akhir. Produksi amonia biru paling kompetitif di daerah dengan harga gas alam yang lebih rendah dan infrastruktur yang dikembangkan untuk transportasi dan penyimpanan CO2. Dalam banyak kasus, retrofit penangkapan karbon dimungkinkan yang memungkinkan pemanfaatan infrastruktur saat ini. Namun, para kritikus berpendapat bahwa pendekatan ini memperpanjang produksi bahan bakar fosil, masih menghasilkan 5-15% emisi CO2 selama proses penangkapan, dan terus menyebabkan emisi selama produksi gas alam.
Pirolisis metana juga memanfaatkan bahan baku gas alam untuk menghasilkan hidrogen. Inovator pirolisis metana telah menarik dana yang signifikan dalam beberapa bulan terakhir, termasuk Pinjaman DOE $ 1 miliar diberikan kepada Monolith Materials untuk meningkatkan Fasilitas Olive Creek Monolith untuk memungkinkan produksi 275 ribu ton amonia bersih mulai tahun 2025. Karena karbon yang dihasilkan selama proses pirolisis metana padat, pendekatan ini dapat membantu menghindari emisi buronan dalam penangkapan karbon, meskipun emisi dalam produksi gas alam tetap ada.
Pendekatan alternatif menggunakan energi terbarukan untuk menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis. Ada banyak proyek yang direncanakan, termasuk beberapa hub 10+ juta ton per tahun yang direncanakan oleh Energi Antarbenua. Pendekatan ini lebih cocok untuk daerah-daerah dengan potensi pembangkit energi terbarukan yang besar dan pilihan yang kurang menarik untuk ekspor energi, seperti Australia Barat. Terlihat semakin menarik ketika harga gas bumi tinggi. Meskipun minatnya semakin meningkat, amonia hijau bukannya tanpa tantangan. Persyaratan modal untuk proyek skala besar signifikan dan tingkat permintaan pasar untuk amonia di pasar baru (di luar pupuk) masih belum jelas yang dapat memengaruhi keputusan investasi. Western Green Energy Hub seluas 20 juta ton per tahun di Australia diperkirakan akan menelan biaya lebih dari $70 miliar dengan keputusan investasi yang diharapkan pada akhir tahun 2028.
Inovasi dalam sintesis amonia
Proses Haber Bosch yang digunakan untuk sintesis amonia membutuhkan temperat dan tekanan yang tinggi. Hal ini mengakibatkan kebutuhan peralatan yang menuntut (dan mahal) dan berarti bahwa proses tersebut tidak sesuai dengan operasi siklik yang diperlukan untuk mencocokkan pasokan energi terbarukan. Pasokan energi terbarukan campuran dan/atau penyimpanan hidrogen dianggap mengatasi kurva produksi energi terbarukan yang terputus-putus, sementara Seaborg dan lainnya sedang menyelidiki produksi amonia menggunakan energi nuklir.
Semakin banyak inovator yang mengembangkan teknologi baru dengan fokus pada sintesis amonia. Kami berbicara dengan Frank Natali dari Liquium, yang telah mengembangkan teknologi hemat biaya untuk menciptakan amonia pada suhu rendah dan dalam kondisi atmosfer normal, secara signifikan mengurangi emisi karbon. Frank menjelaskan bahwa teknologi ini dapat membantu mengatasi emisi pasar amonia saat ini dalam pupuk dan pasar masa depan yang berkembang dalam bahan bakar. Nilai jual utama untuk teknologi ini adalah memungkinkan kemungkinan pabrik amonia kecil yang dapat mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan. Liquium berencana untuk menguji coba teknologi di pasar pupuk yang ada pada tahun 2025, dan menjual pabrik kecil yang terdesentralisasi pada tahun 2030 sebelum menangani pasar untuk pabrik skala besar. Baru didirikan pada tahun 2021, Liquium saat ini sedang mengumpulkan putaran pendanaan awal untuk mendukung pengembangan.
Inovator lain, Tsubame BHB sedang mengembangkan teknologi katalis yang dapat beroperasi pada tekanan rendah – cocok untuk penggunaan hidrogen elektrolitik yang dihasilkan pada tekanan normal. Kami berbicara dengan Tomoyuki Koide yang menjelaskan bagaimana “teknologi ini relevan pada skala yang lebih kecil karena persyaratan tekanan yang lebih rendah menghindari kebutuhan akan bahan mahal yang digunakan dalam proses sintesis amonia konvensional”. Lebih lanjut, suhu yang lebih rendah memungkinkan tingkat konversi yang lebih tinggi dalam sintesis amonia. Investor termasuk Ajimoto yang menggunakan amonia untuk memproduksi asam amino, dan NYK yang sedang mengembangkan kapal pengiriman siap amonia. Tsubame mengoperasikan percontohan skala kecil dan memiliki rencana untuk menjual pabrik modular (dan katalis), dengan operasi dimulai pada tahun 2024. Tsubame mengumumkan putaran pendanaan senilai $3,6 juta pada Juni 2021 untuk memperkenalkan teknologi di tempat dan melakukan R&D pada produksi massal katalis generasi berikutnya.
Sistem produksi amonia modular. Gambar milik Tsubame
Tahun lalu telah melihat banyak pengumuman dari inovator amonia, sebagian besar menargetkan teknologi katalis baru dan produksi amonia terdesentralisasi.
- Jupiter Ionik mengumpulkan $1,8 juta dari Tenacious Ventures dan berkolaborasi dalam sebuah proyek untuk menyebarkan unit skala percontohan yang memproduksi pupuk berbasis amonia hijau dan amonia di pertanian.
- Nitratitas mengumpulkan $5 juta dari Energy Impact Partners, Fine Structure Ventures, Lowercarbon Capital, dan MCJ Collective untuk mempercepat inovasi guna menghasilkan pupuk nitrogen terbarukan di titik penggunaan.
- Energi Starfire mengumpulkan jumlah yang dirahasiakan dari New Energy Technologies, Chevron Technology Ventures, Osaka Gas USA, dan Mitsubishi Heavy Industries pada April 2021 untuk memajukan komersialisasi teknologi katalisis untuk sintesis dan perengkahan amonia bebas karbon.
- Atmonia bermitra dengan Fujitsu untuk meneliti katalis untuk produksi amonia bersih yang memanfaatkan informatika material.
Awasi
Terlepas dari daya tarik baru-baru ini di pasar, keberhasilan peningkatan teknologi amonia baru kemungkinan akan dipengaruhi oleh beberapa faktor. Di pasar saat ini, pupuk tetap menjadi target utama dan permintaan untuk produksi pangan yang efisien kuat. Namun, pupuk berbasis amonia dapat menghadapi persaingan dari solusi seperti yang sedang dikembangkan oleh Kula Biodata, Enko Chem, N2-diterapkan dan lain-lain.
Permintaan amonia sebagai bahan bakar transportasi agak tergantung pada penyebaran mesin siap amonia dan/atau kapal pengiriman seperti yang sedang dikembangkan oleh Amazon/Amogy dan Man Energy Solutions, dan keberhasilan implementasi koridor pengiriman hijau yang memungkinkan bunkering untuk bahan bakar amonia seperti yang ada di antara pelabuhan LA dan Shanghai, atau yang diusulkan dalam Australia dan Chili.
Akhirnya, aplikasi amonia sebagai epembawa nergy untuk ekspor jarak jauh dapat bersaing dengan metanol (juga relevan sebagai perantara kimia) atau sistem pembawa hidrogen cair seperti yang diproduksi oleh Hidrogen. Jika tujuannya adalah untuk menggunakan hidrogen, misalnya pembuatan baja DRI-EAF, atau dalam sel bahan bakar, maka teknologi perengkahan yang efektif seperti yang sedang dikembangkan oleh Energi Starfire akan tumbuh dalam arti penting.