Мировая индустрия удобрений стоит перед сложнейшей задачей – как обеспечить растущие потребности сельского хозяйства, не нанося при этом значительного ущерба окружающей среде. Производителям необходимо срочно решать проблемы, связанные с углеродным следом, отходами производства и загрязнением воды, чтобы перейти к устойчивой модели работы.
Наиболее острой проблемой, без сомнения, является объем выбросов парниковых газов по всей цепочке производства и потребления удобрений. По оценкам экспертов, совокупные выбросы от заводов, транспортировки и применения на полях достигают колоссальной цифры – около 2,6 миллиарда тонн в год. В ответ на это правительства по всему миру вводят все более строгие законодательные нормы. Так, Директива ЕС о возобновляемых источниках энергии (RED III) требует от отрасли к 2030 году заместить 42% «серого» водорода «возобновляемым топливом небиологического происхождения» (RFNBO). Канада, в свою очередь, поставила цель достичь нулевых выбросов к 2050 году, рассматривая сокращение выбросов в сельском хозяйстве на 30% за счет изменения методов обработки почвы и ограничений на удобрения.
Основной вклад в загрязнение вносят заводы по производству азотных удобрений – на их долю приходится около 450 миллионов тонн парниковых газов. Синтез аммиака по традиционному процессу Габера–Боша требует огромного количества энергии. За последнее десятилетие производители добились значительных успехов в оптимизации, внедряя новые катализаторы для энергосбережения. К примеру, компания Nutrien, один из мировых лидеров отрасли, в 2018 году поставила цель снизить выбросы с 670 до 470 кг на тонну продукции к 2030 году и уже к 2024 году прошла половину пути, достигнув показателя в 570 кг. Однако потенциал для дальнейшей оптимизации процесса Габера–Боша практически исчерпан, и каждое новое улучшение требует все больших инвестиций при меньшей отдаче. Необходимы принципиально новые подходы к производству аммиака.
Одним из реальных путей сокращения выбросов является технология улавливания и хранения углерода (CCS). Яркий пример – проект американской компании CF Industries и японского энергетического гиганта JERA. Они строят в Луизиане (США) завод по производству 1,4 миллиона тонн «голубого» аммиака в год. Ожидается, что после запуска в 2029 году предприятие стоимостью 4 миллиарда долларов будет улавливать и sequestering 2,4 миллиона тонн CO2 ежегодно, что эквивалентно удалению с дорог полумиллиона автомобилей.
Другое ключевое направление – переход на «зеленый» водород, получаемый методом электролиза воды с использованием энергии солнца и ветра. В отличие от традиционного способа производства из природного газа, где на каждый килограмм водорода выделяется более 10 кг CO2, электролиз выделяет в качестве побочного продукта только кислород. Кроме того, сам процесс Габера–Боша, требующий высоких температур и давления, можно запитать от возобновляемых источников. Это позволяет исключить еще около 500 г выбросов CO2 на каждый килограмм произведенного аммиака, делая конечный продукт «зеленым».
Тем не менее на пути к «зеленой» революции стоит несколько poważnych препятствий. Во-первых, непостоянство возобновляемых источников энергии – солнце светит не всегда, и ветер дует не постоянно. Заводы по производству аммиака десятилетиями оптимизировались для работы на стабильных источниках энергии, и прерывистое питание снижает их эффективность и может повредить оборудование. Во-вторых, высокая стоимость электролиза. Несмотря на удешевление солнечных панелей и ветряных турбин, электроды остаются дорогими, и технологического прорыва в этой сфере в ближайшее десятилетие не ожидается.
В-третьих, полное переоснащение мирового производства второго по объему химического вещества в мире – задача не только чрезвычайно дорогая, но и технически сложная. Потребуются колоссальные ресурсы, чтобы довести бесчисленные лабораторные разработки до промышленного масштаба. Одним из таких перспективных методов является CLAP (Chemical Looping Ammonia Production), который позволяет синтезировать аммиак при более низких температуре и давлении. Эта технология может заменить или интегрироваться в процесс Габера–Боша, но пока она существует только в лаборатории. Ее коммерческое внедрение – дело следующего десятилетия, однако именно за такими инновациями стоит будущее устойчивого производства удобрений.
