Ammoniakki uusiutuvan energian varastona

Abstract

Tämä kandidaatintyö on toteutettu kirjallisuuskatsauksena, jossa tutkitaan ammoniakkia ja sen soveltuvuutta uusiutuvan energian varastointiin. Työssä esitellään ammoniakin ominaisuuksia ja vertaillaan erilaisia tuotantotapoja. Tämän lisäksi työssä käydään läpi ammoniakin suurimpia- ja mahdollisia käyttökohteita. Myös uusiutuvan energian tulevaisuuteen vaikuttavia tekijöitä ja energiavarastoiden kasvavaa merkitystä pohditaan.

Ilmastonmuutosta aiheuttavien kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi sekä energian omavaraisuuden parantamiseksi, ovat useat maat lisänneet uusiutuvaa energiantuotantoa merkittävästi viime vuosina. Jatkuvan energiansaannin varmistamiseksi uusiutuvasta energiasta, tulee energiavarastojen tarve lisääntymään lähitulevaisuudessa. Energian varastointimenetelmistä ammoniakki on osoittautunut yhdeksi lupaavimmista vaihtoehdoista sen otollisten ominaisuuksien takia.

Ammoniakki on normaaliolosuhteissa kaasu, joka voidaan paineistaa helposti nestemäiseksi. Ammoniakki koostuu vain typestä ja vedystä. Nestemäisessä muodossa sitä on helppo varastoida ja kuljettaa, jonka lisäksi sillä on suuri energiatiheys. Ammoniakki on maailman toiseksi eniten tuotetuin kemikaali. Sen tuotanto perustuu pitkälti fossiilisiin polttoaineisiin. Ammoniakkia voidaan kuitenkin tuottaa täysin uusiutuvasti veden elektrolyysiä ja ilmanerotusta käyttäen. Ammoniakki soveltuu energian ja lämmöntuotantoon ja sillä voidaan korvata fossiilisia polttoaineita perinteisissä kaasuturbiineissa ja polttomoottoreissa. Ammoniakin polttamiseen yksinään liittyy kuitenkin ongelma typen oksidien muodostumisesta, jonka takia polttokennoteknologiaa pidetään vaihtoehtoisena menetelmänä energiantuotantoon ammoniakilla. Lisätutkimusta tarvitaan vaihtoehtoisten ammoniakkisynteesi-menetelmien kehitykseen tuotantoprosessin joustavuuden parantamiseksi.

This bachelor’s thesis is conducted as a literature review, and it investigates the suitability of using ammonia for renewable energy storage. The work presents the properties of ammonia and its different production methods, which are also compared with each other. In addition to this, the main and potential uses of ammonia are also discussed. This thesis also discusses the factors affecting the future of renewable energy and the growing importance of energy storage.

In order to reduce the greenhouse gas emissions that cause climate change and to improve energy self-sufficiency, many countries have increased renewable energy production significantly in recent years. To ensure a continuous supply of energy from renewable sources, the need for energy storage will increase in the near future. Among energy storage methods, ammonia has proven to be one of the most promising due to its favorable properties.

Under normal conditions, ammonia is a gas that can be easily compressed into a liquid state. Ammonia is a carbon-free substance, containing only hydrogen and nitrogen. Liquid ammonia is easy to store and transport and it has a high energy density. Ammonia is the second most produced chemical in the world. Its production is largely based on fossil fuels. However, ammonia can be produced entirely from renewable sources, with no carbon dioxide emissions. This can be achieved by using water electrolysis and air separation. Ammonia is suitable for energy and heat production and can replace fossil fuels in conventional gas turbines and internal combustion engines. However, the combustion of ammonia alone poses the problem of nitrogen oxides formation, which is why fuel cell technology is considered as a possible alternative for energy production from ammonia. Further research is still needed to develop alternative ammonia synthesis methods to improve the flexibility of the process.