Strona główna » energia elektryczna » Amoniak i limit cen gazu.

Amoniak i limit cen gazu.

Archiwum

Rozsądnie myślący sceptycy pytają jak zastąpić paliwa samochodowe i gaz ziemny. Nie wszędzie jest elektryczność, zresztą za pomocą wiatru i słońca trudno ją zapewnić cały czas. Niestety najbardziej słyszalne publiczne odpowiedzi zostały przygotowane w działach PR koncernów energetycznych. Oczywiście brzmią one „nie da się, a bez stosownego dotowania pomysłów BP, Shella i Gazpromu wszyscy zamarzniemy i umrzemy z głodu, bo żadna żywność bez kopalnej ropy nie powstanie i nie zostanie dowieziona.”

Z drugiej strony większość miłośników technologicznego wyjścia z problemów energetycznych coś tam słabo mamrocze pod nosem w stylu : „jak będziemy mieć wystarczająco wiele energii dzięki zwiększeniu produkcji ze źródeł odnawialnych i zmniejszeniu marnotrawstwa to i z tym sobie poradzimy. A jak?  Mało kto potrafi udzielić odpowiedzi na takie pytanie.

Samochody elektryczne i nowe superbaterie nie załatwiają całości sprawy. Czekanie na nowe technologie też nic nie da. Oleju jako paliwa do samolotów się praktycznie niczym obecnie nie da zastąpić. Maszyny rolnicze, wielkie ciężarówki i sprzęt budowlany teoretycznie może pracować na innych paliwach, ale jego elektryfikacja jest w przewidywalnej przyszłości niemożliwa.

Przecież musi być jakieś wyjście!!!

I jest.

Garść informacji technicznych, ale przynajmniej okaże się, do czego służy gaźnik

Zaczynając od podstawowej informacji: paliwa płynne, które spalamy w silnikach to w znakomitej swej większości węglowodory, czyli związki węgla i wodoru. Atomy węgla są połączone w łańcuch, czasem prosty, czasem rozgałęziony, a czasem pierścień. Atom węgla może utworzyć cztery wiązania chemiczne i łączy się zazwyczaj pojedynczym wiązaniem z sąsiednimi atomami węgla w łańcuchu. Czasem te wiązania są podwójne lub nawet potrójne, a te które nie są, obsadzone oblepiają atomy wodoru.

W oczywisty sposób, im dłuższy łańcuch tym więcej połączeń węgiel — węgiel, czyli proporcjonalnie mniej wodoru. Za to większe cząsteczki są cięższe, więc amplituda ich naturalnych drgań jest mniejsza. Dzięki temu w danej objętości mieści się ich więcej, mają wyższe temperatury topnienia i parowania. Dlatego metan jest w temperaturze pokojowej i jeszcze długo niżej gazem, propan i butan są co prawda przy temperaturze pokojowej także gazami, ale już przy solidnym mrozie lub lekko podwyższonym ciśnieniu- płynami. Benzynę należy zaledwie lekko podgrzać lub nieco obniżyć ciśnienie a zamienia się w gaz (tak właśnie działa gaźnik – jakby ktoś się pytał, skąd się wzięła ta dziwna nazwa). Diesel w pokojowej temperaturze praktycznie nie paruje, a dla dobrego spalania potrzebne są najpierw dość poważne temperatury.

Następne drobne przypomnienie. Reakcja spalania węglowodorów polega na tworzeniu wraz z tlenem wody i dwutlenku węgla. Z czego więcej energii dostarcza tworzenie wody, czyli spalanie wodoru. Narzuca się w tym miejscu zupełnie oczywiste spostrzeżenie, że to wodór może być najlepszym i optymalnym paliwem do zasilania wszelkich silników wewnętrznego spalania.

Jest to twierdzenie prawdziwe i całkowicie nieprawdziwe jednocześnie…

Wodór jest znakomitym paliwem. Daje największą możliwą energie spalania i temperaturę płomienia. Przynajmniej energie w przeliczeniu na masę paliwa, bo na objętość już nie wygląda to tak dobrze. A przy okazji jest obłędnie trudny w składowaniu, ponieważ wymaga wysokich ciśnień lub bardzo niskich temperatur do przechowywania w stanie skroplonym, a zresztą i tak będzie przeciekał przez ścianki każdego zbiornika. W skrócie — jest całkiem fajnym paliwem do napędu rakiet do wynoszenia na orbitę, ale do niczego innego się tak za bardzo nie nadaje. OK, w ogniwach paliwowych może się dobrze sprawować.

Więc do czego się nadaje?

Witamy w magicznym świecie. Jest parę prostych reakcji, które zmieniają wszystko. Pierwsza 3 H2 + CO2=> CH4 +H2O Ta reakcja jest lekko egzotermiczna, co ma tą wspaniałą zaletę, że zwykłe bakterie beztlenowe, szukając jakiegokolwiek źródła energii bardzo chętnie ją przeprowadzą. Oznacza to, że mając skoncentrowane źródło dwutlenku węgla, czy to jest biogaz (zawierający ok 1/3 CO2), czy czysty dwutlenek węgla np. z browaru oraz wodór możemy bez trudu wyprodukować czysty metan. Koszt tego to 3 m3 wodoru na każdy m3 gazu ziemnego. Przy własnej produkcji prądu i zużyciu gazu w sumie się opłaca. Nawet dziś w Polsce. A na skalę sieci i komercyjną obliczenia wyglądają praktycznie tak samo jak dla następnej pozycji.

A tu zdjęcie z całkiem dobrego filmu, gdzie wszystkie pojazdy były napędzane metanem. Jakoś się dało:

 mad max

Nie jest to jedyne potencjalne zastosowanie wodoru. Obecnie duże ilości wodoru zużywa się do produkcji amoniaku. Sam amoniak produkuje się bezpośrednio syntetyzując go z pierwiastków składowych — azotu i właśnie wodoru. Z czego azot najprościej otrzymać z otaczającego powietrza, zawiera go w końcu ponad 78 %. Za to wodór na przemysłową skalę otrzymuje się … jak najtaniej się da.  Na dziś to oznacza gaz ziemny, ponieważ metan, czyli jego główny składnik ma najwyższą proporcje wodoru do innych pierwiastków z dostępnych surowców. I tyle.

Od technicznej strony można ten wodór pozyskać z praktycznie dowolnych związków zawierających wodór i/lub węgiel (przez water shift reaction). Albo z elektrolizy.

UWAGA OBLICZENIA — niezainteresowani mogą pominąć, wnioski dalej.

Jeśli się rozstajemy z paliwami kopalnymi, to tylko elektroliza ma sens. Sprawdziłem sobie dane dostępnego w handlu sprzętu, wszyscy producenci podają, że maksymalne zużycie prądu to jest 4,5 kWh/ 1 Nm3 wodoru. To jest 44,64 mola H2, co wystarczy na wyprodukowanie 29,71 mola amoniaku, czyli 506,875 grama.

W takim razie z 1 kWh prądu możemy otrzymać 112,64 g amoniaku. Dawałoby to 8,878 kWh/kg. Zważywszy na to, że ostatnimi czasy amoniak kosztuje około 500 dolarów za tonę, czyli 0,5 $/kg, a koszty wodoru to 3/4 kosztów produkcji, można obliczyć cenę przy jakiej gaz ziemny będzie zastępowany elektrycznością.

KONIEC OBLICZEŃ

Cena, przy której gaz ziemny będzie się opłacało zastąpić prądem, to dokładnie 4,22 USc/kWh. Czyli niecałe 13 groszy. 130 zł/MWh. Jest to cena niemożliwa do uzyskania przy tradycyjnej energetyce cieplnej, co zresztą jest zupełnie oczywiste. Jeśli byśmy chcieli uzyskać wodór, to znacznie lepiej zgazyfikować te paliwa które mamy, niż bawić się w w spalanie, generowanie prądu i elektrolizę. Przy normalnym liczeniu kosztów energetyki atomowej także jest to niemożliwa do uzyskania cena (właściwie nawet jeszcze bardziej, wszystkie ostatnie rachunki, zarówno francuskie obliczenia jak też szacunki przy planowanej budowie w UK pokazują, że prąd z elektrowni atomowej po prostu jest drogi).

Możliwe za to jest przy taniej energii odnawialnej. Bywały na świecie dobre miejsca do energetyki wodnej, gdzie sieć energetyczna nie pozwalała sprzedać całości wyprodukowanego prądu. Sprzedawano więc amoniak, bo go było znacznie łatwiej wywieźć. Ostatnią taką instalację zamknięto w latach 90-tych w Peru, ponieważ dociągnięto sieć energetyczną i lepiej się opłacało sprzedawać prąd.

Za to już dziś, koszty spłat i eksploatacji elektrowni wiatrowych w bardzo dobrych miejscach zbliżają się do takich kwot (razem z amortyzacją i finansowaniem, oczywiście). Nowe generacje wiatraków >5 GW w nadbrzeżnych lokalizacjach powinny produkować prąd wystarczająco tanio, aby był tańszy od gazu ziemnego jako źródło wodoru. To jeszcze nie nastąpiło, ale śmiało można powiedzieć, że taka opcja jest na bliskim horyzoncie.

Najciekawsze na deser — amoniak może służyć jako paliwo do zwykłych silników. Nie znam współczesnych testów nowych silników do jazdy na czystym amoniaku, ale jest całkiem prawdopodobnym, że większość samochodów benzynowych bez żadnych problemów powinna chodzić na mieszance  50:50 amoniaku i LPG, korzystając ze standardowych, dziś montowanych instalacji. Oba te paliwa mają zbliżone ceny, więc na dziś się nie opłaca zmieniać logistyki, norm, ryzykować jakimiś problemami. Ale to oznacza też, że

Ceny ropy naftowej i gazu nie mają zbyt dużego miejsca do wzrostu

Po prostu zostaną zastąpione. Już są zastępowane, ale właśnie amoniak i jego opłacalność produkcji z samej elektryczności jest sufitem cen dla paliw kopalnych. Gaz ziemny może wzrosnąć chwilowo, spekulacyjnie, to oczywiste. Mogą nastąpić chwilowe braki, ale na dłuższą metę cena będzie związana z ceną elektryczności.

UWAGA OBLICZENIA

Wytwarzając wodór z gazu ziemnego z 1 m3 uzyskujemy 4 m3 H2. Przynajmniej tak wynika z reakcji chemicznych CH4 + H2O => CO + 3H2, następnie CO + H2O => CO2 + H2.  Ale w rzeczywistości, po doliczeniu kosztów energii cieplnej do reakcji, oczyszczania gazu, itp, sprawność konwersji wynosi 60-80%. Przyjmijmy dość niską 2/3. Jest to uzasadnione, ponieważ najpierw rozpocznie się wyłączanie najstarszych, najmniej efektywnych instalacji, których zresztą jest większość. A poza tym łatwo się liczy.

Dla wyprodukowania w drodze elektrolizy 4 m3 wodoru potrzeba 18 kWh, z założoną sprawnością konwersji z gazu starczy 12 kWh. W strefie dostaw rosyjskiego gazu cena jest podawana za 1000 m3, a typową jednostką ceny elektryczności jest MWh, więc możemy na to przejść. Rewolucja w tym zakresie się dopełni, kiedy cena 12 MWh elektryczności będzie niższa niż 1000 m3 gazu. Oczywiście można czekać na wzrost cen gazu, a można spojrzeć jak to dziś wygląda Przy cenie gazu 500$/1000 m3 (najwyższej jaka się pojawiała w ostatnich latach), równoważna cena elektryczności musi wynieść mniej niż 41$/MWh. Takie ceny hurtowe są normalne w ostatnich latach w cieplejszej części roku na rynku niemiecko-austriackim Od marca są tak niskie przez ok 80% czasu. Oczywiście, elektrownie cieplne przez ten czas przynoszą straty.  Gaz jednak obecnie nigdzie nie kosztuje 500$, aczkolwiek dla nabywców Irańskiego, Rosyjskiego i skroplonego gazu ceny zazwyczaj przekraczają 400$. Tu już odpowiada to cenie 33$. Tak niska jest sporadycznie. Na tym jeszcze nie można budować biznesplanu.

KONIEC OBLICZEŃ

Bardzo ważne:

Można zauważyć zależność pomiędzy cenami gazu, cenami elektryczności i zmianami tych cen na poszczególnych rynkach. To w Niemczech jest najtańszy prąd w Europie (w hurcie, nie mówię o podatkach) i tam też jest najtańszy gaz, a jego cena dość dobrze jest skorelowana z opłacalnością alternatywy, czyli elektrolizy. Elektrownie gazowe pracują tam wyłącznie sporadycznie, a jak widać gaz i prąd stają się realnymi wzajemnymi alternaywami

Są z tego dwa wnioski:

1. Na dłuższą metę cena gazu nie wzrośnie, ponieważ energetyka wiatrowa stanowi barierę i bezpośrednią konkurencję.

2. Polityka inwestowania w energetykę odnawialną procentuje niższymi kosztami zakupu wszystkich surowców energetycznych. Zresztą IMO obecne załamanie cen ropy ma duży związek z japońskim programem energetyki odnawialnej.

3. Aczkolwiek dla promowania jak najszybszego rozwoju alternatyw, które istnieją, jest bardzo ważna rola polityki państwowej, zwłaszcza odpowiednio wysokiego opodatkowania paliw kopalnych.

Reklamy

3 komentarze

  1. cohen.b pisze:

    Trochę obok. Maczeta, ponieważ w u nas co jakiś czas pojawiają się informacje o jakiś tam następnych krokach w kierunku elekt. atomowej, czy Ty jesteś w stanie określić, czy taka elekt. może faktycznie powstać? Czy bardziej prawdopodobne jest, że za parę lat okaże się, że jednak zmiana planów i idziemy w inna technologię?
    Poza tym, wielkie dzięki za wpisy.

  2. Elektrownia atomowa w Polsce, jak nie raz pisałem absurd ekonomiczny i inżynierski. A na jej promowanie są wydawane olbrzymie pieniądze. Wystarczy to połączyć z dość poważnymi problemami jedynego potencjalnego dostawcy, czyli Alstomu. Krótko mówiąc według mnie jest to przede wszystkim lobbowanie o bailout Alstomu na koszt polskiego podatnika. Czyli istnieje szansa, że jak Francuzi dostaną forsę to się odczepią i nie będą już wciskać tego złomu.

  3. cohen.b pisze:

    No tak, tyko jeżeli uda im się wyciągnąć jakieś pieniądze łatwe za projekty czy inne analizy, to nie byłoby dziwne, gdyby projekt był ciągnięty dalej. Do stanu np. Żarnowca 🙂
    Pozostaje mieć nadzieję, że jest to faktycznie pic w celu wyciągnięcia kasy, lub liczyć na postęp, który wybije z głów ten pomysł.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: