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O papel dos elétrons ‘não amados’ na produção de amônia verde

Bnamericas Publicado: sexta-feira, 25 novembro, 2022
O papel dos elétrons ‘não amados’ na produção de amônia verde

À medida que os países expandem os parques de energia renovável e se afastam da geração a partir de combustíveis fósseis, as redes elétricas se tornam mais limpas, mas as operadoras latino-americanas enfrentam um desafio associado de gerenciar a intermitência das matrizes eólica e solar.

Durante os períodos em que a produção dessas usinas atinge o pico e supera a demanda, o excesso de produção – que é, na maioria dos casos, descartado – pode ser utilizado em outra esfera da transição energética.

A First Ammonia, desenvolvedora norte-americana de projetos de transição energética, está de olho na Colômbia e no Chile, e propõe usar este excedente para produzir combustível limpo e matéria-prima para a indústria de fertilizantes.

A empresa está desenvolvendo na Alemanha o que provavelmente será a primeira planta modular em escala comercial do mundo a produzir amônia verde a partir de energia renovável intermitente. Esta unidade inaugural – que deverá ser seguida por outras em todo o mundo – está programada para se tornar totalmente operacional no primeiro trimestre de 2025 como parte de uma frota eventual de 5 GW. Paralelamente, a afiliada First Ammonia Motors está trabalhando para desenvolver o primeiro motor de combustão que funcione com 100% de amônia.

A BNamericas conversa com Joel Moser, CEO da First Ammonia e professor da Universidade de Columbia, sobre os projetos, a América Latina e muito mais.

BNamericas: Qual é a situação de seus projetos e como vocês lidam com o dilema entre oferta e demanda?

Moser: Começamos há cerca de dois anos. Não havia mercado para amônia verde. Havia a expectativa de que este seria um importante combustível para a transição energética, e fizemos algumas coisas diferentes.

Garantimos o fornecimento dos melhores eletrolisadores de última geração do mundo, que são os SOEC – ou células eletrolisadoras de óxido sólido – que serão produzidas pela dinamarquesa Topsoe, líder do setor.

Alcançamos esse objetivo quando anunciamos, há cerca de dois meses, nosso contrato plurianual de compra antecipada de 5 GW das células do eletrolisador. Também cuidamos da segurança dos sites. Temos sites em cinco continentes, então cinco é o número para nós. Isto representa 5 GW, a partir do qual se poderia produzir, em uma capacidade nominal, cerca de 5 milhões de toneladas (Mt) de amônia verde quando tivermos tudo instalado.

Os dois primeiros continentes na fila são, provavelmente, Europa e América do Norte, com dois sites no norte da Alemanha e outros dois no sudoeste dos EUA. Mas também temos sites na América do Sul, África e sudeste da Ásia. Precisamos de locais que hospedarão eventualmente 5 GW de produção – uma quantidade enorme – e está tudo bem encaminhado.

Você perguntou, no entanto, sobre offtake e o offtake é, tradicionalmente, o catalisador típico para o desenvolvimento de um projeto e, especificamente, uma transação baseada em project finance.

Porém, quando começamos não havia offtake, não havia mercado, não havia produto e não havia demanda. Assim, nos aventuramos rumo ao desconhecido. Nossa expectativa original era de sermos o criador de mercado de amônia verde, nós mesmos como um self-offtaker – o que ainda permanece dentro de nossos planos de longo prazo –, mas o mercado começou a se desenvolver enquanto estávamos negociando nosso contrato de eletrolisador e finalizando nosso seleções de sites.

Houve alguns pioneiros: a concessionária de energia japonesa Jera apresentou um pedido de proposta para algumas demandas iniciais e outras. Pequenas sementes verdes, se preferir, para o mercado de amônia verde. No entanto, desde que abrimos o capital – e não queríamos fazê-lo até que tivéssemos algo interessante a dizer, e essa coisa interessante foi o anúncio de nosso contrato de eletrolisador –, fomos abordados por muitos compradores em todo o mundo, ansiosos para comprar nosso produto, não apenas anos antes de ele ser fabricado, mas anos antes de a fábrica que produzirá os SOECs ser concluída, bem como nossos projetos.

Portanto, agora há um mercado robusto e uma quantidade robusta de demanda. Eu gostaria de poder vendê-la mais de uma vez, mas só podemos vender o que produzimos. Começaremos a produzir nossa amônia verde em 2025 e aumentaremos o nível de nossa produção ao longo da década, provavelmente chegando ao máximo de cerca de 3 Mt – uma vez que não vamos produzir em plena capacidade nominal, o que exigiria produção 24 horas por dia.

Nosso modelo de negócios e nossa política é desenvolver produtos ecológicos de forma intermitente, de modo que nosso uso e demanda de energia renovável seja sinérgico com a produção de energia renovável. Assim, outros poderão usá-la diretamente como eletricidade, e este é o seu maior e melhor uso. Quando houver demanda insuficiente para geração de energia renovável, os vales, faremos o offtake.

BNamericas: Então, claramente, vocês estão planejando usinas conectadas à rede, não ilhas.

Moser: Sim. Meus colegas aqui me dizem que, em números redondos, há cerca de 100 GW de energia renovável que é desperdiçada, não o tempo todo, mas na maior parte do tempo. Portanto, há muito espaço para produzir esse combustível verde antes mesmo de haver necessidade de desenvolver uma nova geração renovável.

No entanto, fizemos um estudo para nós na Europa, para nos dizer o que aconteceria se colocássemos um GW de produção intermitente de amônia verde na Alemanha. O que o estudo, feito por um consultor muitos respeitável, descobriu é que cada dólar que gastamos comprando energia renovável seria um novo dólar incremental para o mercado de energia renovável, o que faz sentido porque estamos comprando o que gostamos de chamar de elétrons não amados. Assim, indiretamente causamos o desenvolvimento de novos recursos renováveis.

Somos sinérgicos com o crescimento da energia renovável. Nas circunstâncias certas e nas geografias certas, poderíamos estar diretamente conectados a recursos renováveis e estamos olhando para alguns locais onde isso fará sentido, mas, no momento, achamos que há muito excesso de energia renovável não utilizada por aí pedindo offtake.

BNamericas: Voltando ao offtake, você pode fornecer algum detalhe sobre o tipo de offtaker interessado? Você mencionou a geração de energia.

Moser: Nós, como produtores, somos agnósticos sobre qual seria o uso do offtake. Setenta por cento de toda a amônia convencional usada no mundo hoje é usada como fertilizante.

Se tudo o que fazemos é contribuir para a descarbonização da agricultura, estamos felizes. Mas todos os usos incrementais, que devem quadruplicar a demanda por amônia, estão no espaço energético. A amônia é uma bateria química, então a amônia pode e será usada para armazenar energia produzida quando houver excesso de renováveis, além de usada como energia, já que os operadores da rede elétrica japonesa pretendem substituir sua geração a carvão por geração de energia amoníaca. Na indústria naval, os carregadores de longo curso estão se preparando cuidadosa e metodicamente para começar a converter navios oceânicos movidos a amônia.

Existem três fabricantes de motores de avião que estão desenvolvendo motores movidos a amônia e a Nasa anunciou um estudo, para o qual fui convidado a fazer parte do painel de revisão por pares, que visa explorar a ideia de usar amônia como combustível de aviação comercial.

Há também uma série de aplicações de transporte de superfície que estão sendo revisadas, incluindo uma que estamos desenvolvendo nós mesmos.

A amônia pode ser usada para qualquer coisa para a qual qualquer combustível é utilizado atualmente. Não acredito que substituirá todos os combustíveis para todas as aplicações, mas o que gostamos de dizer é que acreditamos que a amônia será o carro-chefe da economia do hidrogênio. Por que nós dizemos isso? Existem apenas dois combustíveis power-to-x – como são chamados – completamente livres de carbono: hidrogênio e amônia. Haverá papéis para outros combustíveis power-to-x, como metanol e diesel sintético, mas eles produzem carbono quando são usados como combustível. Apenas amônia e hidrogênio são livres de carbono, de ponta a ponta.

O hidrogênio é 30 vezes mais caro para armazenar e usar do que a amônia. Quando o hidrogênio for produzido, ele será transportado como amônia e acreditamos que, em última análise, o mundo passará a usá-la como combustível direto, em vez de pensar nele apenas como um meio de transporte.

BNamericas: O que você pode nos dizer sobre a importância da América Latina para sua empresa?

Moser: A América Latina está no topo da nossa lista. Temos dois sites em análise na Colômbia. Estamos trabalhando em estreita colaboração com o governo, para que nosso desenvolvimento seja sinérgico com seus planos de construir geração e transmissão renováveis. Estamos muito entusiasmados com nossas amizades e parceiros de desenvolvimento na Colômbia.

Somos novos no Chile, mas estamos olhando muito para este país. Temos uma equipe no local. Sabemos que o Chile será um dos maiores exportadores de energia do mundo, tendo muito, muito mais potencial para gerar energia renovável do que o próprio país usará e essa energia será exportada na forma de amônia. Portanto, estamos bastante confiantes de que também teremos sites e projetos no Chile.

BNamericas: Vocês estão olhando para o sul ou norte do Chile?

Moser: Em termos de tamanho, nossos primeiros projetos serão de 100 MW, mas serão ampliados. Nosso plano é instalar projetos do tamanho de gigawatts.

É uma análise em estágio muito inicial do Chile, mas minha sensação é de que provavelmente desenvolveremos pelo menos nosso primeiro projeto no norte, onde prevalece a lógica da energia conectada à rede não utilizada. Meu entendimento é que, embora existam enormes recursos potenciais de energia no sul, isso exigirá uma nova infraestrutura de geração de energia, o que não é nossa primeira escolha, mas poderemos facilmente estar em ambas as áreas ao longo do tempo.

BNamericas: Seus projetos de construção desencadearão investimentos em outras áreas – por exemplo, produção de nitrogênio ou transporte?

Moser: Com certeza. Em primeiro lugar, quando instalamos uma usina, estamos essencialmente catalisando indiretamente o desenvolvimento para mais energia renovável.

Mesmo em um nível mais micro, produzimos oxigênio que não podemos usar. Por isso, muitas vezes, procuramos co-localizar em um parque industrial onde há um coletor de oxigênio. Podemos produzir nosso próprio nitrogênio com separação de ar ou podemos comprar nitrogênio de alguém que queira produzi-lo e vendê-lo para nós, ou tenha excesso a partir de algum processo químico.

Nosso produto precisa ser transportado por trem ou, mais provavelmente, por navio. Alguns dos locais que estamos analisando especificamente na Colômbia e em outras partes do mundo são excelentes oportunidades para centros de abastecimento de combustível. E, quando a indústria naval mudar para a amônia como combustível, será necessária toda uma nova infraestrutura para abastecimento. Portanto, o desenvolvimento do local pode catalisar o desenvolvimento de um centro de abastecimento de combustível. Há uma tremenda oportunidade para desenvolvimento econômico auxiliar em torno da produção de nosso site.

BNamericas: Na América do Sul, vocês montariam uma subsidiária ou buscariam parcerias locais?

Moser: Além de ser CEO da First Ammonia, sou professor da Universidade de Columbia, na School of International and Public Affairs, onde ensino infraestrutura internacional. Uma das coisas que sempre digo aos meus alunos é que, se você cruzar uma fronteira, você precisa de um parceiro; se você não é local, precisa de alguém que seja local. Quase certamente em todos os lugares que formos, estaremos trabalhando com um parceiro local.

Temos uma empresa irmã que está presente na Colômbia, de modo que pode, ou não, ser nosso parceiro local. Porém desenvolveremos relações comerciais com parceiros locais, sejam eles desenvolvedores ou pessoas do setor de energia, serão conduzidos pela oportunidade e pelas circunstâncias, local a local, país a país.

BNamericas: Qual é o mercado-alvo do seu motor a amônia em desenvolvimento?

Moser: Queríamos desafiar a sabedoria convencional de que a amônia é melhor para aviões, navios e grandes caminhões e ônibus, mas não para automóveis de passageiros.

Examinamos isso e entendemos que a tese em torno disso se baseava em duas questões: uma é uma visão incorreta e generalizada de que a amônia não era segura para o manuseio por ser um gás tóxico, apesar de haver estudos que basicamente demonstram que não é mais perigoso para as pessoas abastecer veículos com amônia do que com gasolina ou diesel. Existem muitas maneiras seguras de lidar com amônia.

A questão mais desafiadora era que a maneira lenta como a amônia queima significa que, como combustível puro, não é uma boa fonte para parar e iniciar a combustão em um carro, da maneira como os dirigimos atualmente. Os usos até o momento de amônia como combustível automotivo sempre usaram um co-combustível, como propano ou algum diesel sintético.

Nós olhamos para a amônia e pensamos 'bem, veja, que tal usarmos a amônia como seu próprio co-combustível?' Isto pode parecer totalmente ilógico, mas a amônia é um transportador de hidrogênio, a amônia pode ser quebrada novamente em hidrogênio, então desenvolvemos e já patenteamos uma tecnologia de craqueamento a bordo para podermos ter um motor automotivo que funcione com uma mistura de amônia e hidrogênio. Poderemos abastecer carros, se preferir, com amônia e teremos vários sistemas diferentes a bordo, os quais irão quebrar parte dessa amônia de volta em hidrogênio, então temos uma mistura de combustível de amônia enriquecida com hidrogênio, que funciona essencialmente da mesma forma que gasolina ou diesel.

Então é isso que estamos fazendo. Quer acabemos abrindo uma montadora ou tendo algum papel de destaque, estamos muito entusiasmados com esta tecnologia. Temos uma oficina automotiva e um laboratório na Carolina do Norte que vem estudando o tema e isto está acontecendo em um caminho totalmente separado da produção de amônia verde.

BNamericas: O mercado automotivo é enorme, muito maior que o mercado de geração de energia.

Moser: O transporte é uma parte enorme do mercado de energia, uma parte enorme das emissões de gases de efeito estufa. E ele precisa ser descarbonizado.

Acreditamos que a eletrificação terá um limite. Haverá um teto para o transporte, principalmente em países onde a capacidade de rede é inadequada. Muitos lugares no mundo não têm, e poderão não ter por décadas e décadas, o tipo de capacidade de rede para suportar veículos eletrificados de tipo plug-in. Precisa haver um combustível, e acreditamos que a amônia será um desses combustíveis.

BNamericas: Algum comentário final?

Moser: Alguns anos atrás, quando os acordos de Paris foram celebrados, a grande notícia era que não tínhamos tecnologia ou ciência para descarbonizar nossa sociedade, que precisaríamos fazer mais pesquisas.

A notícia hoje é que sabemos como fazê-lo. A ciência já está aí há muito tempo, a engenharia básica também existe há muito tempo, mas a engenharia melhorou. Os políticos e a indústria entenderam que há um caminho a seguir, e este caminho é a expansão contínua e extensa da geração de energia renovável na maior extensão possível, além da produção de combustíveis power-to-x, como amônia, entre outros. Mas acreditamos principalmente na amônia, que é escalável, barata de produzir e fácil de transportar, para descarbonizar os elementos da economia que não podem ser facilmente eletrificados.

Assim, as notícias são muito boas. Podemos fazê-lo, podemos chegar lá até 2050 e sabemos como fazê-lo.

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