アンモニアは、世界の食料システムを支える肥料の重要な原料であると同時に、産業や発電における低炭素燃料の代替手段でもある。
しかし、現在のアンモニア製造プロセスはエネルギーを大量に消費し、高レベルのCO2排出を生み出している。
科学者たちは、このガスを製造するための、より持続可能である可能性のある方法を開発した。
科学者たちは、アンモニアを製造するための、より単純で、地球にやさしい可能性のある方法を開発した。
尿のような臭いを持つ無色のガスであるアンモニアは、長年にわたり農業用肥料の重要な原料であり、増加する世界人口の食料供給を支えてきた。最近では、海運において重油に代わる低炭素燃料として注目されている。また、アンモニアは次の分野の脱炭素化においても重要な役割を果たしている。発電および重工業の脱炭素化セメントや鉄鋼などの分野において、アンモニアはそれ自体として、あるいは水素の担体として、もう一つのネットゼロ燃料である。
アンモニアは主に、大量生産において次の方法を用いて製造されている。ハーバー・ボッシュ法水素と窒素からアンモニアを合成する方法である。しかし、この百年来の手法には大規模な製造設備が必要であり、エネルギー消費も非常に多い。また、必要な熱や、水素を合成するための天然ガスなどの原料に、化石燃料に大きく依存している。
当然のことながら、アンモニア製造は世界のCO2排出量の1.3%を排出している。しかも、これは現在の世界の年間需要を満たすためだけのものである。現在の年間世界需要。増加する世界人口への食料供給や、低炭素燃料としてのアンモニアに対する今後の需要は、この数字には含まれていない。
より持続可能なアンモニア製造
スタンフォード大学で開発された新たな手法は、アンモニア製造をより持続可能で、かつ低コストな道筋へと導く可能性がある。
その解決策は比較的単純であるように見える。使用するのは、水、窒素、そしてスプレーである。
研究者らは、酸化鉄触媒をグラファイトメッシュに塗布し、それを気体動力のスプレーの内部に取り付けた。水と窒素の混合物をこの装置に通したところ、スプレーから噴出した液滴にアンモニアが含まれており、水分子中の水素と窒素の間で触媒反応が起きていることが示された。
現時点では、この方法は実験室環境でのみ使用されている。商業レベルへの拡大が可能になれば、研究者らは、従来のアンモニア合成に伴うCO2排出を大幅に削減できる可能性があると考えている。
その単純さゆえに、この技術は可搬式にすることもでき、例えば農場など、必要とされる場所で直接アンモニアを生成することが可能になる可能性がある。これにより、大規模工場から使用地点までアンモニアを輸送する必要性が減り、さらなる燃料および排出の節約につながる可能性がある。
ただし、この方法ではナフィオンを使用しており、これは禁止される見込みのあるPFAS（有機フッ素化合物）の一種であり、欧州化学品庁による規制の対象となる見込みである。そのため、代替品を見つける必要があるかもしれない。
注目を集めるグリーンアンモニア
グリーンアンモニアの製造を進めているのは、スタンフォード大学の研究者だけではない。肥料業界やエネルギー業界も、次の取り組みを目指している。水から水素を合成する低炭素および脱炭素手法を拡大すること。その実現には、主に2つの方法が用いられている。
「グリーン」アンモニアは、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源による余剰電力を用い、電気分解によって水から水素を分離して製造される。一方、「ブルー」製造方法は、天然ガス由来の水素を引き続き用いるが、炭素回収・貯留技術によってCO2の大部分を回収し、それを永久に貯蔵するか、他の産業で利用する。
持続可能な食料生産の推進
世界経済フォーラムの「グローバルリスク報告書2023」によると、食料供給危機は2023年において、全体で4番目に高くランク付けされたリスークである。アンモニア製造が環境に与える影響を解決することは、持続可能な方法で食料生産を増やすうえできわめて重要になる。
また、生産を地理的により広く分散させることも可能かもしれない。ロシアは鉱物肥料の主要な拠点の一つであるが、同国のウクライナでの戦争により、肥料は制裁の対象外であるにもかかわらず、世界の他地域で肥料不足が生じている。
さらに、発電、輸送、産業分野におけるアンモニア需要の増加が見込まれることを踏まえると、グリーンアンモニアの製造は、はるかに広範な規模でCO2排出の削減にも寄与するだろう。
