Amonyak üretimi, gübre tedarik zincirinin kalbi ve dünyadaki en enerji yoğun kimyasal süreçlerden biri. Doğal gaz buhar reformuna dayalı mevcut yöntem, küresel fosil enerji kullanımının yaklaşık yüzde 2’sini, sera gazı emisyonlarının ise yüzde 1,2’sini oluşturuyor. Talep nüfus artışıyla büyürken, sektörün karbon ayak izini azaltmak için küçük modüler reaktörler (SMR) yeni bir çözüm olarak öne çıkıyor.
NÜKLEER TABANLI AMONYAK
Rüzgar ve güneş gibi değişken kaynakların aksine SMR’ler, sürekli baz yük gücü ve yüksek sıcaklık ısısı sunuyor. Bu sayede hidrojen ve azot üretimi ile Haber–Bosch amonyak sentezinin aynı tesiste, yerinde entegre edilmesi mümkün hale geliyor; taşıma kaynaklı kayıplar ve lojistik emisyonlar düşüyor, verim artıyor. Ayrıca SMR’lerin tüketim merkezlerine yakın konumlanabilmesi, yeni nesil karbonsuz amonyak tesisleri için stratejik avantaj sağlıyor.
SÜREÇ ENTEGRASYONU AVANTAJ
ABD Enerji Bakanlığı’nın Nükleer Enerji Üniversitesi Programı (NEUP) fonuyla yürütülen ve Utah Eyalet Üniversitesi araştırmacılarının liderlik ettiği proje, karbon içermeyen amonyak tesisleri için iki referans tasarım geliştiriyor:
• Tatlı su kullanan hidrojen şeması,
• Tuzdan arındırma entegre edilerek deniz/acı su kaynağına uyarlanan şema.
Her iki tasarımın temel enerji kaynağı, 250 MWt / 77 MWe çıkışlı NuScale SMR. Sistemin hidrojen üretimi, reaktör ısısından yararlanarak elektrik ihtiyacını düşüren yüksek sıcaklıkta buhar elektrolizi ile kurgulandı. Ekzotermik Haber–Bosch ile elektroliz bir araya getirildiğinde, kompresör ve sentez döngüsünden çıkan atık ısı besleme suyunu ön ısıtıyor; böylece çevrim verimi yükseliyor.
ENERJİ AKIŞI OPTİMİZASYONU
Araştırmacılar, Aspen Plus üzerinden üç konfigürasyonu modelledi; fark, elektroliz besleme suyu ön ısıtma stratejilerinde:
1. SMR buharı ve hidrojen ürün ısısı birlikte yönlendirildi.
2. Amonyak ürün ısısı ve elektrikli ısıtıcı eklendi.
3. Çok kademeli kompresör atık ısısı ile amonyak ürün akışı ısısı toplandı.
Sonuçlara göre 3. konfigürasyon en yüksek verimi ve en fazla amonyak çıkışını sağladı. Gerekçe açık: Atık ısıyı sistematik biçimde faydalı enerjiye çeviren şema, SMR ısısını daha iyi değerlendirerek harici ısıtma ihtiyacını ortadan kaldırdı; elektrolize daha fazla reaktör gücü yönlendirilebildi.
SIFIR KARBON HEDEFİ
Sıradaki aşamada ekip, her sistemin ünite ve tesis seviyesinde optimizasyonunu yapacak ve tekno–ekonomik analiz gerçekleştirecek. Deniz suyu kullanılan varyantlarda dondurarak tuzdan arındırma ve buz enerjisi depolama entegrasyonları masada. Amaç, SMR tabanlı amonyak tesislerinin rekabetçi maliyet ile sıfır emisyon üretebileceğini göstermek. Başarı halinde, küresel gıda güvenliğinin ana halkası olan gübre sektörünün karbonsuzlaşması hız kazanacak.
Uzmanlar, hidrojenin büyük bölümünün amonyağa dönüştüğü bir dünyada, kararlı nükleer ısı ve elektriğin kimyasal süreçlere entegre edilmesinin sadece emisyonları düşürmekle kalmayıp, tedarik güvenliğini de iyileştireceğini vurguluyor. Amonyak üretimini SMR ile beslemek, gübreyi karbon nötr geleceğe yaklaştıran uygulanabilir bir yol haritası sunuyor.
