Мировая агрохимическая отрасль оказалась перед необходимостью глубокой технологической модернизации под давлением глобальных климатических инициатив и регуляторных ограничений. Производство минеральных удобрений и сельское хозяйство в целом сегодня генерируют около 1,3% общемировых выбросов углекислого газа, что заставляет правительства ведущих экономик последовательно ужесточать экологические требования к сектору. Ключевым направлением этой борьбы становится снижение углеродного следа при выпуске азотных удобрений, где основным сырьевым компонентом выступает водород. Традиционные методы его получения на основе паровой конверсии природного газа сопряжены с колоссальными объемами парниковых выбросов, и теперь производители вынуждены искать альтернативные технологические и сырьевые решения.
В Европейском союзе основным драйвером изменений выступает обновленная Директива по возобновляемым источникам энергии, известная как RED III. Этот документ обязывает европейскую индустрию удобрений к 2030 году заместить не менее 42% используемого серого водорода, получаемого из ископаемого топлива, экологически чистым возобновляемым топливом небиологического происхождения. Подобные требования фактически вынуждают бизнес инвестировать в проекты по производству зеленого водорода методом электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии. В то же время другие крупные экономики внедряют собственные механизмы углеродного регулирования. Канада законодательно зафиксировала цель по достижению углеродной нейтральности к 2050 году, распространив эти требования на большинство секторов экономики, включая аграрный сектор. Япония делает ставку на комплексный подход, планируя выйти на нулевой уровень чистых выбросов к середине века за счет развития органического земледелия, оптимизации объемов применения химикатов и внедрения технологий точного фермерства. Китай, являющийся крупнейшим потребителем и производителем агрохимии, намерен к 2060 году сократить связанные с использованием азота выбросы в сельском хозяйстве почти наполовину, делая упор на более эффективное управление питательными веществами.
Основной вызов для индустрии лежит в сфере производства аммиака – базового сырья для всей группы азотных удобрений. Если на этапе непосредственного применения удобрений в почве ежегодно образуется около 2,1 млрд тонн парниковых газов, то на заводы по промышленному синтезу аммиака приходится еще около 450 млн тонн выбросов в год. За последнее десятилетие инженеры и производители оборудования добились заметного прогресса в оптимизации классического процесса Хабера – Боша, главным образом за счет повышения энергоэффективности технологических линий. Внедрение автотермического риформинга позволило объединить первичный и вторичный риформинг, используя тепло последнего для обеспечения работы всей системы. Технология адиабатического предриформинга помогает подготовить природный газ таким образом, чтобы снизить отношение пара к углероду. Кроме того, современные предприятия все чаще используют газовые турбины для привода компрессоров технологического воздуха, направляя утилизированные выхлопные газы турбин в качестве воздуха для горения в печь первичного риформинга, что снижает потребление внешнего топлива.
Параллельно ведется активная модернизация каталитических систем, призванная снизить энергоемкость реакций. Исторически производители аммиака полагались на катализаторы на основе магнетита. Однако современные исследования сосредоточены на поиске соединений, способных ускорить реакцию при более низких температурах и давлении. Использование катализаторов на основе вюстита позволяет существенно увеличить скорость восстановления оксида железа на начальных этапах процесса. Внедрение инновационных катализаторов с добавлением рутения дает возможность снизить рабочую температуру процесса до диапазона от 350 до 450 градусов Цельсия по сравнению с традиционными 500 градусами, а также уменьшить рабочее давление с 30 до менее чем 10 мегапаскалей, что кардинально сокращает затраты электроэнергии на сжатие газовой смеси.
Примером постепенного улучшения показателей служит опыт одного из крупнейших мировых производителей удобрений, канадской компании Nutrien. В 2018 году компания обязалась снизить удельные выбросы парниковых газов от операционной деятельности с 670 до 470 кг на тонну готовой продукции к 2030 году. К 2024 году Nutrien отчиталась о преодолении половины этого пути, достигнув показателя в 570 кг на тонну. Однако для достижения полной углеродной нейтральности отрасли точечных улучшений недостаточно. Ассоциация Fertilizers Europe, представляющая интересы большинства европейских производителей аммиака, в своем стратегическом плане развития делает ставку на комбинированный подход, включающий масштабное улавливание и геологическое захоронение углерода, а также постепенный переход на зеленый водород и зеленый аммиак.
Технология улавливания и геологического захоронения углерода требует многомиллиардных инвестиций в инфраструктуру для улавливания углекислого газа непосредственно на промышленных площадках, его транспортировки по специализированным трубопроводам и закачки в глубокие подземные пласты. Европейский регламент TEN-E определяет правила создания такой инфраструктуры, в рамках которой уже отобрано 18 проектов общего интереса. Они призваны сформировать единую трансъевропейскую сеть, объединяющую центры улавливания, транспортные магистрали и полигоны для закачки углекислого газа. Оценочная стоимость реализации таких проектов колеблется от 70 до 250 евро за тонну уловленного углекислого газа, что потребует от европейского бизнеса и государств сотен миллиардов евро совокупных инвестиций в ближайшие двадцать пять лет.
Некоторые североамериканские игроки уже реализуют коммерческие проекты в этой области. Nutrien запустила систему улавливания углерода на своем заводе в канадской провинции Альберта мощностью 951 тыс. тонн аммиака в год. Около 300 тыс. тонн углекислого газа ежегодно улавливается из дымовых газов предприятия и транспортируется по трубопроводу для постоянного захоронения и использования в проектах по повышению нефтеотдачи пластов. С учетом аналогичных систем на других заводах компании общий объем производства низкоуглеродного аммиака Nutrien достигает 1 млн тонн в год. В свою очередь, американская CF Industries совместно с японским энергетическим холдингом JERA планирует построить в американском штате Луизиана завод по производству голубого аммиака мощностью 1,4 млн тонн в год. Проект стоимостью 4 млрд долларов, запуск которого намечен на 2029 год, позволит улавливать и утилизировать до 2,4 млн тонн углекислого газа в год, что сопоставимо с выводом из эксплуатации полумиллиона автомобилей.
