Under de senaste 100 åren, en enkel molekyl har haft en oerhört positiv inverkan på vår värld. Ammoniak, som innehåller tre väteatomer bundna till en enda kväveatom, används i stor utsträckning för att gödselmedlen gör det möjligt för oss att producera tillräckligt med mat för alla på planeten. Det gör den i stort sett till den viktigaste molekylen efter vatten.

Dock, ammoniaktillverkning är världens tredje största industriella process som släpper ut koldioxid, skapar en halv miljard ton CO₂ varje år—1,8 % av de globala CO₂-utsläppen.

Mina kollegor och jag har precis tagit fram en rapport för Royal Society som visar att produktion av grön ammoniak med noll koldioxid kan minska de globala koldioxidutsläppen med nästan 2 %. Vad mer, det skulle också kunna lagra nationella mängder förnybar energi och kraftfartyg, tåg och tunga fordon.

Ammoniak produceras vanligtvis genom att reagera metan med ånga för att producera väte, och sedan reagera detta med kväve från luften med hjälp av vad som kallas Haber-Bosch-processen. Men ångmetanreformeringen avger också koldioxid. I kontrast, grön ammoniak produceras med väte som har separerats från vatten med förnybar el.

Det är också möjligt att bryta ner ammoniak till väte och kväve, avger energi i processen. Och det kan brännas som fossila bränslen som diesel. Detta innebär att ammoniak också kan användas som energilager.

Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire, STORBRITANNIEN, har ett unikt demonstrationssystem för grön ammoniak. Den drivs av ett vindkraftverk på plats och kan producera upp till 30 kg grön ammoniak om dagen. Det kan också mata tillbaka grön el i nätet efter behov.

Utmaningen att göra grön ammoniakproduktion till ett livskraftigt alternativ är att sänka kostnaden, varav 85 % är el. I de flesta delar av världen, förnybar energi är fortfarande betydligt dyrare än den metan som används vid konventionell ammoniaktillverkning.

Dock, kostnaderna för el i områden med riklig förnybar potential har minskat dramatiskt under det senaste decenniet, till cirka 1,7-3,4 GBP pence per kWh. Det betyder att du kan producera grön ammoniak för cirka 220 pund per ton.

Detta är fortfarande inte lika billigt som den konventionella processen. Men för att fortsätta använda den här metoden samtidigt som vi minskar våra utsläpp till nettonoll måste vi kombinera kolavskiljning och lagring så att den resulterande CO₂ inte skulle komma ut i atmosfären. Och det är då grön ammoniak kan bli kostnadskonkurrenskraftig.

Bränsle utan koldioxid

Grön ammoniak har också potential att ta itu med en av de största olösta utmaningarna i kapplöpningen om nettonollutsläpp:hur skapar vi flexibla bränslereserver utan koldioxid som håller i flera år på det sätt som nuvarande fossila bränslen gör?

Ammoniak lagras lätt i stora mängder som en vätska vid måttliga tryck (mellan 10 och 15 gånger det i vår atmosfär) eller kyls till -33°C. I denna form, energitätheten är ungefär hälften så stor som för bensin och över tio gånger så stor som för batterier.

Vad ammoniak har framför andra potentiella bränslealternativ är att vi redan har ett globalt tillverknings- och distributionssystem på plats på grund av dess utbredda användning som råvara för gödningsmedel. Det finns också ett omfattande nätverk av hamnar som hanterar ammoniak i stor skala så att det relativt enkelt kan bli ett bränsle för långväga sjöfart.

Faktiskt, den internationella sjöfartsindustrin har redan bevisat möjligheten att använda ammoniak som bränsle i sina största oceangående containerfartyg. MAN Energy Solutions, en designer och tillverkare av marinmotorer, har meddelat att den första ammoniakmotorn kan vara i drift i början av 2022. Detta skulle också öppna möjligheter för gröna bränslen för tåg, tunga frakter och kanske till och med noll-koldioxidflyg.

Ammoniak innebär andra utmaningar. Användningen av ammoniakbaserade gödselmedel bidrar till globala minskningar av biologisk mångfald, omfattande luftkvalitetsproblem och utsläpp av växthusgaser. Ny användning av ammoniak måste omfatta effektiva åtgärder för att förhindra ytterligare utsläpp.

Stränga kontroller som redan finns på alla nuvarande ammoniaklager och relevanta industriområden, måste finnas på plats för att säkerställa att riskerna för ammoniakfrisättning och den resulterande bildningen av skadliga kväveoxider (NOx) är försumbara.

Vad vi behöver göra nu är att undersöka och demonstrera potentialen för ammoniak, från att förbättra vind- och solenergi genom att optimera produktion och lagring av grön ammoniak. Och vi måste utveckla en omfattande portfölj av sätt att förvandla ammoniak tillbaka till kraft när och var vi behöver det.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.