Amônia emergirá como uma molécula central do século XXI. Ele já desempenha um papel vital na produção de alimentos - e, portanto, a segurança nacional - servora como um ingrediente crucial nos fertilizantes de nitrogenados que aumentam significativamente o rendimento das culturas. Olhando para o futuro, a amônia possui imenso potencial para novas aplicações, como portador de energia ou combustível marítimo. Por esse motivo, a demanda por amônia pode quase dobrar em 2035 em alguns cenários. Mas essas aplicações têm um custo: a amônia é altamente intensiva em carbono. Os métodos atuais de produção e consumo de amônia geram até 2% das emissões de gases de efeito estufa, aproximadamente equivalentes a toda a aviação comercial em todo o mundo.
Technologies are being developed to fully decarbonize ammonia as part of broader Clima e sustentabilidade esforços, mas não são opções realistas no curto prazo. A produção de amônia verde a partir de eletrólise (ou amônia "renovável") exigirá enormes quantidades de Energia renovável e uma enorme construção de eletrolisadores em larga escala. No entanto, a indústria não pode-e não deve funcionar para agir. Produtores e clientes podem melhorar seus processos, escolher fontes de amônia com emissões mais baixas e adotar maneiras mais verdes de usar seus subprodutos a jusante. Além disso, como em muitos setores difíceis de abate, uma abordagem em todo o ecossistema pode levar a uma melhor coordenação entre os formuladores de políticas, incentivos mais eficazes, regulamentos mais inteligentes e ganhos mais rápidos. Mas, à medida que a necessidade de ação climática se torna urgente, eles oferecem um benefício claro: estão disponíveis medidas para dobrar a curva de emissões para a amônia, começando hoje. Diminua as emissões de setores difíceis de abate. No transporte, por exemplo, a amônia é um potencial
As longer-term solutions for fully decarbonizing ammonia gradually become more viable, the industry can take a host of short-term steps to reduce the environmental impact of ammonia production and use. Producers and customers can improve their processes, choose ammonia sources with lower emissions, and adopt greener ways of using its byproducts downstream. Moreover, as with many hard-to-abate sectors, an ecosystem-wide approach can lead to better coordination among policymakers, more effective incentives, smarter regulations, and faster gains.
Those are incremental solutions—not a perfect fix. But as the need for climate action becomes urgent, they offer one clear benefit: they are available measures to bend the emissions curve for ammonia, starting today.
Renewable Ammonia Is Not a Short-Term Solution
Ammonia has long been a key commodity for the agriculture industry as well as dozens of industrial processes, and new applications are emerging that use renewable ammonia to decrease the emissions of hard-to-abate sectors. In transportation, for example, ammonia is a potential combustível de baixo carbono Isso pode substituir alternativas de combustível fóssil. Os produtores de motores marinhos estão desenvolvendo motores compatíveis com amônia para navios de carga, que podem estar disponíveis já em 2024. No setor de energia, o Japão planeja aumentar o carvão com amônia para reduzir as emissões durante a geração de eletricidade. Por esses motivos, a demanda por amônia em todo o mundo deve quase dobrar em 2035 e triplicar até 2050 (consulte o Anexo 1.)
But the manufacturing process for ammonia needs to become greener. The most common process to synthesize ammonia, known as Haber-Bosch, is highly energy intensive. In the aggregate, ammonia production worldwide requires roughly as much energy as France consumes in a single year. In terms of emissions, ammonia synthesis generates 2 to 2.5 tons of CO2 for every ton of product—more carbon-intensive than steel (1.4 t CO2/t) or cement (0.6 t CO 2/T). O hidrogênio é então convertido em amônia, que pode ser transformado em outros produtos (como uréia ou nitratos de amônio) ou transportado para clientes a jusante. Em 2021, a capacidade total de eletrolzer em todo o mundo era de aproximadamente 500 megawatts. Produzindo amônia renovável na escala necessária para alcançar
Renewable ammonia is produced through a more environmentally sustainable approach overall, using renewable electricity (typically wind- or solar-generated) to power electrolyzers that split water into hydrogen and oxygen. The hydrogen is then converted to ammonia, which can be transformed into other products (such as urea or ammonium nitrates) or transported to downstream customers.
Yet both electrolyzers and the renewable energy to power them fall far short of the needed capacity. In 2021, the total electrolyzer capacity worldwide was roughly 500 megawatts. Producing renewable ammonia at the scale needed to achieve líquido zero exigiria mais de 1.000 gigawatts: 2.000 vezes a capacidade atual. A alimentação dos eletrolisadores com vento implicaria a construção de aproximadamente 150 turbinas eólicas a cada semana até 2030, aproximadamente um terço de todas as turbinas eólicas atualmente sendo instaladas, apenas para produzir amônia renovável. Outras indústrias precisarão de eletrolólios e energia renovável para suas próprias vias de descarbonização, criando ainda mais demanda por essas tecnologias. Mesmo que o setor pudesse atender a 100% da demanda global por amônia por meio de versões renováveis a partir de hoje, isso removeria apenas as emissões do escopo 1, 2 e 3 a montante. Não abordaria o escopo a jusante 3 emissões - aquelas geradas por aplicações de amônia. Por exemplo, os agricultores que aplicam fertilizantes à base de nitrogênio produzem emissões significativas de N
Downstream emissions are a factor as well. Even if the industry could meet 100% of the global demand for ammonia through renewable versions starting today, that would remove only Scope 1, 2, and 3 upstream emissions. It would not address downstream Scope 3 emissions—those generated by ammonia applications. For example, farmers applying nitrogen-based fertilizers produce significant emissions of N 2 O e CO 2. (Consulte o Anexo 2.)
The bottom line: We cannot rely only on scaling renewable ammonia in the near term. And even in the long term, it is just one part of a broader set of solutions with significant uncertainty.
Decarbonizing the Current Ammonia Value Chain
The good news is that we don’t need to wait to start decarbonizing the ammonia value chain. More immediate steps are available to bend the ammonia emissions curve, and those near-term actions are critical to give us a chance at limiting global warming to 2°C. Here are some specific measures for producers and customers.
The good news is that we don’t need to wait to start decarbonizing the ammonia value chain.
Os produtores de amônia podem descarbonizar processos e instalações atuais
Dado que a energia renovável e os eletrolisadores podem ser priorizados por outras indústrias que buscam descarbonizar, os produtores de amônia podem usar medidas imediatas para reduzir as emissões de suas instalações e processos - que usam o mesmo número de fossos que usam o número de fossos. Misture as plantas de produção. Nesta abordagem, a eletricidade substitui o gás natural usado para gerar calor e criar vapor, cortando diretamente o co
Improve the energy mix in production plants. Facilities that use steam methane reforming (SMR) can be retrofitted and electrified (eSMR). In this approach, electricity replaces the natural gas used to generate heat and create steam, thus directly cutting CO 2 emissões em cerca de um terceiro (assumindo que uma planta use eletricidade renovável). CO
Implement carbon capture and storage at scale. Some facilities already use carbon capture and utilization (CCU) technologies to recover the CO 2 emitido durante a síntese de amônia e reapropitá -lo em subprodutos de amônia, como a uréia. Mas outros produtores podem integrar tecnologia semelhante (captura e armazenamento de carbono, ou CCS) para simplesmente armazenar o carbono. Esta opção é particularmente aplicável a mercados que têm acesso a matérias -primas de combustível fósseis baratas e armazenamento prontamente disponível, como América do Norte, Oriente Médio e China. mais barato para capturar. As duas instalações gerarão mais de 800 kt de amônia e capturarão mais de 1 mt de CO
Facilities that use autothermal reforming (ATR) to produce ammonia combine natural gas feedstock and fuel into a single flow, resulting in one concentrated CO2 stream that is easier and cheaper to capture.
CF Industries, a US-based manufacturer of fertilizers, is revamping two plants in the UK to produce hydrogen from natural gas and integrate CCS technology. The two facilities will generate more than 800 kt of ammonia and capture over 1 Mt of CO 2 a cada ano. Processos, incluindo biscoitos de etano, plantas de cloro e fábricas de gaseificação plástica. A Yara, uma empresa de fertilizantes norueguês, usa o hidrogênio do subproduto de um cracker de etano em uma instalação do Texas que produz 750 kt/ano. Como resultado, a planta pode reduzir sua pegada de carbono em cerca de 25% em comparação com a SMR convencional. Essa abordagem pode permitir que os produtores de amônia comecem a alavancar as capacidades renováveis-hidrogenos sem esperar até que toda a cadeia de valor de hidrogênio verde esteja no lugar. Essa abordagem reduziria as emissões de escopo a montante 3 causadas por vazamentos de metano no processo de perfuração para combustíveis fósseis. E para levar esse processo um passo adiante, o uso de gás natural renovável com base em matérias -primas disponíveis localmente pode criar circularidade na cadeia de valor de amônia. Por exemplo, para gerar biometano, as instalações dos EUA poderiam usar o estrume do gado, enquanto o Brasil poderia alavancar sua produção de cana -de -açúcar.
Decarbonize fossil feedstock when feasible. Some baseline methods for decarbonizing fossil feedstock are already available, such as capturing byproduct hydrogen from other processes, including ethane crackers, chlorine plants, and plastic gasification factories. Yara, a Norwegian fertilizer company, uses byproduct hydrogen from an ethane cracker in a Texas facility that produces 750 kt/year. As a result, the plant can reduce its carbon footprint by an estimated 25% compared with conventional SMR.
Producers can introduce renewable hydrogen into existing fossil fuel–based ammonia plants (replacing 10% to 20% of the natural gas) without causing any significant fluctuations in the ammonia synthesis loop. This approach could allow ammonia producers to start leveraging renewable-hydrogen capabilities without waiting until the entire green-hydrogen value chain is in place.
For certain locations, biogas could be an alternative feedstock source. This approach would reduce upstream Scope 3 emissions caused by methane leaks in the drilling process for fossil fuels. And to take this process one step further, using renewable natural gas based on locally available feedstocks can create circularity in the ammonia value chain. For instance, to generate biomethane, US facilities could use manure from cattle, while Brazil could leverage its sugar cane production.
Essas opções vêm com advertências importantes. A geração eletrizante do calor é relevante apenas se o país tiver uma mistura de eletricidade de baixa emissão e a matéria-prima descarbonizadora estiver limitada a locais específicos. O principal desafio do CCS não é a própria tecnologia, mas o custo de implementá -lo. De acordo com estimativas da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA), os custos de adaptação são de aproximadamente US $ 135/T para uma usina de carvão, US $ 100/T a US $ 150/T para uma instalação baseada em SMR e US $ 40/T a US $ 80/T para uma planta ATR. O acesso ao armazenamento, permissão e custo também são fatores e podem variar amplamente, dependendo da localização de uma instalação. Mas seu impacto ambiental pode variar amplamente. Considere que as matérias -primas de carvão geram duas vezes mais CO
Ammonia Customers Can Rethink Their Criteria for Choosing Suppliers
Regardless of which feedstock and technology are used to produce ammonia, the resulting molecule is identical and can be used interchangeably. But its environmental impact can vary widely. Consider that coal feedstocks generate twice as much CO 2 que o gás natural. (Consulte Anexo 3.) Da mesma forma, duas plantas que usam matérias -primas semelhantes, mas tecnologias diferentes podem ter requisitos de energia dramaticamente diferentes e intensidades de emissão. Muitos clientes de amônia escolhem fornecedores principalmente com base no preço, pois o custo de diferentes processos de produção pode variar significativamente. Essas organizações podem e devem considerar a eficiência energética e a intensidade do carbono em suas decisões de compras. Isso será essencial para garantir rapidamente um suprimento de amônia em baixa emissão, principalmente se o preço do carbono aumentar o custo da produção tradicional de amônia. Além disso, alguns produtores reapropitam uma grande porção de amônia diretamente no local-por exemplo, empresas de fertilizantes que fabricam sua própria amônia, transformam algumas delas em produtos de uso final e vendem o restante-tornando-o ainda mais difícil para as práticas de aplicação a jusante podem se tornar mais práticas de produção de amônia. Indústria da Agricultura. Mas as emissões de gases de efeito estufa do fertilizante têm um custo íngreme-N
One barrier to reconsidering suppliers is cost. Many ammonia customers choose suppliers primarily on the basis of price, as the cost of different production processes can vary significantly. These organizations can and should factor energy efficiency and carbon intensity into their procurement decisions. Doing so will be key to quickly secure a supply of low-emission ammonia, particularly if carbon pricing were to increase the cost of traditional ammonia production.
The lack of willingness to pay for a greener commodity is compounded by a lack of visibility into the many parameters along the supply chain needed to accurately estimate a plant’s carbon intensity. In addition, some producers repurpose a large portion of ammonia directly onsite—for example, fertilizer companies that manufacturer their own ammonia, transform some of it into end-use products, and sell the remainder—making it even harder for downstream consumers to access ammonia production data.
Ammonia Application Practices Can Become More Sustainable
Fertilizers are an essential element of the agriculture industry. But the greenhouse gas emissions from fertilizer carry a steep cost—N 2 O tem um impacto no aquecimento global quase 300 vezes maior que o de CO 2 || 3752 over a 100-year period—and would remain a factor even if those fertilizers were produced using renewable ammonia. Instead, the agriculture industry needs to be smarter and more targeted in its use of fertilizers.
The impact of a particular fertilizer depends heavily on parameters including the climate, crop, and type of soil, among others. For instance, in some contexts, nitrates can generate higher yields on crops such as wheat or beans, with lower nitrogen emissions, compared with traditional fertilizers like urea. Emissions can also vary significantly according to the type of production and application processes used.
Some agriculture companies are becoming more tactical in how they apply ammonia-based fertilizers to crops, using a framework known as the “four Rs”: right source, right rate, right time, and right place. Other companies are applying nitrogen and nitrification inhibitors such as urease to crops. These measures can reduce not only N₂O emissions but also the input costs for farmers. Other Práticas inovadoras e maneiras de trabalhar, como precisão e Agricultura regenerativa , poderia ajudar a melhorar as práticas de gerenciamento de nutrientes e diminuir a dependência de fertilizantes, diminuindo assim as emissões gerais do setor. Essas práticas variam amplamente em todo o mundo, desde as maiores fazendas até os mais de 600 milhões de pequenos agricultores. Simplesmente aumentar os preços dos fertilizantes para cobrir o custo da produção sustentável não é uma solução viável. Além dos produtores e clientes de amônia, os formuladores de políticas precisam avaliar opções e estabelecer os incentivos corretos para otimizar as vias de descarbonização em todos os setores, priorizando o CCS em alguns e eletrolisadores em outros. Assim, a descarbonização de amônia não acontecerá através das decisões de nenhuma parte interessada, mas com um conjunto de políticas e ações que moldarão o futuro da produção e do comércio globais. Como na maioria das indústrias difíceis de abate, as ações coordenadas no nível da indústria são fundamentais para criar clareza e recompensar jogadores que buscam descarbonizar.
To be clear, implementing more sustainable fertilizer practices is a massive challenge. These practices vary widely across the globe, from the biggest farms to the more than 600 million smallholder farmers. Simply raising fertilizer prices to cover the cost of sustainable production is not a workable solution.
How Policymakers Can Shape the Market
Time is short and resources are limited in our race to decarbonize the economy. Beyond ammonia producers and customers, policymakers need to evaluate options and establish the right incentives to optimize decarbonization pathways across all industries, prioritizing CCS in some and electrolyzers in others. Thus, decarbonizing ammonia will not happen through the decisions of any one stakeholder, but rather with a set of policies and actions that will shape the future of global production and trade. As in most hard-to-abate industries, coordinated actions at the industry level are critical to create clarity and reward players seeking to decarbonize.
Implemente os incentivos e políticas corretas
Incentivos e políticas direcionados adequadamente podem criar as melhores condições para a ação. (Consulte “Mandatos da UE e Incentivos dos EUA.”)
Mandatos da UE e Incentivos dos EUA
Mandatos da UE e Incentivos dos EUA
In Europe, the carbon border adjustment mechanism (CBAM), which launches in late 2023, will force ammonia and fertilizer importers to report emissions and pay a carbon tax at the border. The EU Renewable Energy Directive (RED III) regulation will require 42% of ammonia production to be green by 2030. The EU has also created the European Hydrogen Bank to fund projects, though it may not be big enough to help producers meet the new mandates.
In the US, by contrast, the federal government is relying more on subsidies for green hydrogen and ammonia, primarily through the Inflation Reduction Act. In fact, the US policies are so generous that some European producers may relocate their green-ammonia projects to the US, export products back to the EU, and still offer ammonia at a lower price than they could under existing EU policies.
Coloque o preço certo em carbono. Por exemplo, a CCU e o CCS podem aumentar o preço da amônia baseada em fósseis em US $ 50/T para US $ 100/T, devido ao custo de retrofitamento de plantas e armazenar o carbono gerado. Esses mecanismos podem ser implementados no nível da indústria e adaptados pelo setor para garantir que o prêmio seja espalhado de maneira justa por toda a cadeia de valor e não simplesmente passada para agricultores ou outros usuários finais. Reducing the carbon intensity of ammonia production and usage invariably introduces new costs, and the willingness to pay varies widely by sector. For example, CCU and CCS could increase the price of fossil-based ammonia by $50/t to $100/t, owing to the cost of retrofitting plants and storing the carbon generated.
Other market-based mechanisms (like subsidies, contracts for difference) could help decrease the cost premium for zero- or low-emission ammonia, attract investments, and further support first-mover producers and customers. These mechanisms could be implemented at the industry level and tailored by sector to ensure that the premium is spread fairly throughout the value chain and not simply passed down to farmers or other end users.
Reduza o risco de investimentos de capital. Por exemplo, uma barreira à amônia baseada em gás natural com CCS é o custo necessário para explorar reservatórios de armazenamento e construir a infraestrutura para transportar CO The upfront investment for some decarbonization technologies can be prohibitive. For example, one barrier to natural gas–based ammonia with CCS is the cost required to explore storage reservoirs and build the infrastructure to transport CO 2.
The upfront investment for some decarbonization technologies can be prohibitive.
Os governos podem ajudar a diminuir o risco inerente a esses investimentos. As medidas em potencial incluem investimentos diretos (via fundos, subsídios e empréstimos), bem como parcerias público-privadas. Além disso, os governos podem apoiar a construção da infraestrutura necessária em vários projetos, como hubs industriais próximos ao geológico H 2 ou Co 2 Armazenamento e pode apoiar a pesquisa para superar algumas das remanescentes barreiras tecnológicas que amosas restantes no Decarbano restante. Os reguladores também precisam definir princípios claros de investimento para avaliar com precisão como a infraestrutura, ativos e projetos específicos contribuem para a descarbonização. Isso permitirá que as empresas canalizem dinheiro para as iniciativas que terão o maior impacto. Acelerar e facilitar o processo de permissão aceleraria a adoção de amônia de baixo carbono, especialmente em regiões geologicamente adequadas para armazenar carbono. Por exemplo, o projeto de estratégia de hidrogênio da Índia requer pelo menos 15% de produção de amônia renovável para o setor de fertilizantes domésticos até 2025 e 20% até 2027. Os subsídios podem ajudar a superar os custos iniciais de transição, até que a amônia de baixa emissão se torne competitiva. Para ser claro, os mandatos devem ser temporários e não devem comprometer a segurança alimentar de um país. Alguma colaboração internacional pode ser necessária para evitar a criação de incentivos não intencionais que levariam a produção de amônia aos mercados com os padrões ambientais mais baixos.
Accelerate permitting. A key barrier to further developing CCU and CCS for ammonia production is the permitting of geologic storage sites. Speeding up and facilitating the permitting process would hasten the adoption of low-carbon ammonia, especially in regions that are geologically suitable to storing carbon.
Mandate the use of low-emission ammonia. Temporary regulations could require the use of low-emission ammonia in applications such as nitrogen-based fertilizers. For example, India’s draft hydrogen strategy requires at least 15% renewable ammonia production for the domestic fertilizer sector by 2025 and 20% by 2027. Subsidies can help overcome the initial transition costs, until low-emission ammonia becomes competitive. To be clear, mandates should be temporary and should not jeopardize the food security of a country. Some international collaboration may be required to avoid creating unintentional incentives that would push ammonia production to the markets with the lowest environmental standards.
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Construa normas e ferramentas no nível da indústria
Além de estabelecer incentivos e políticas, os governos podem ajudar a definir padrões em toda a cadeia de valor de amônia para suportar a descarbonização. Os governos podem definir requisitos que oferecem visibilidade de empresas intermediárias e clientes finais para as matérias -primas para a amônia que compram, a geração de energia usada para produzi -la e uma estimativa de todas as emissões a montante. Cadeia de valor e imposta como uma única estrutura global. A contabilidade padronizada é essencial para ajudar os clientes a tomar decisões de fornecimento informadas, em vez de se concentrar apenas nos custos iniciais. Os formuladores de políticas precisarão definir os requisitos de certificação e rotulagem de produtos para identificar fertilizantes de baixa emissão e recompensar os produtores que aumentam a transparência para clientes de amônia a jusante-empresas de agricultura, varejistas e usuários finais.
Create visibility in the supply chain. Ammonia customers cannot reduce their environmental impact without clear information about where ammonia comes from and how it is produced. Governments can set requirements that give intermediate businesses and end customers visibility into the feedstocks for the ammonia they purchase, the power generation used to produce it, and an estimate of all upstream emissions.
Align on accounting principles and disclosures for emissions. Supply chain visibility and transparency will require the establishment of common carbon accounting rules, adopted by entities along the entire value chain and enforced as a single global framework. Standardized accounting is essential to help customers make informed sourcing decisions, rather than focusing solely on upfront costs. Policymakers will need to set product certification and labeling requirements to identify low-emission fertilizers and reward producers that increase transparency for downstream ammonia customers—agriculture companies, retailers, and end users.
Develop an ecosystem of stakeholders. All stakeholders can benefit from an ammonia ecossistema Isso é construído compartilhando lições e promovendo a colaboração. Governos e consumidores podem estabelecer acordos externos que garantem a compra e o uso de uma quantidade predefinida de amônia em baixa emissão, enviando um forte sinal de demanda em toda a cadeia de valor. As empresas de fertilizantes podem aumentar seu apoio para melhorar o uso eficiente de nitrogênio. Os produtores podem reunir investimentos para criar hubs de armazenamento de carbono entre as indústrias. Felizmente, não precisa. Produtores, consumidores, reguladores e outras partes interessadas têm muitas oportunidades para começar a dobrar a curva hoje, e ações coordenadas podem levar a indústria um longo caminho para uma cadeia de valor de amônia de baixa emissão. Desenvolvimento de novas idéias valiosas de negócios, tecnologia e ciência, abraçando a poderosa tecnologia das idéias. O Instituto envolve os líderes em discussões e experimentações provocativas para expandir os limites da teoria e prática dos negócios e traduzir idéias inovadoras de dentro e além dos negócios. Para mais idéias e inspiração do instituto, visite nosso
Complete ammonia decarbonization will take time, but the current rate of climate change means that the industry cannot wait. Fortunately, it does not have to. Producers, consumers, regulators, and other stakeholders have many opportunities to start bending the curve today, and coordinated actions can bring the industry a long way toward a low-emission ammonia value chain.
