GE Vernova, IHI, 2030'a Kadar F Sınıfı Gaz Türbinlerinde %100 Amonyak Yanmasını Sağlamak İçin Test Merkezi Başlatıyor

Japon entegre ağır sanayi grubu IHI Corp. ve GE Vernova, Japonya'nın Hyogo kentindeki IHI'nin Aioi Works tesisinde yeni bir Büyük Ölçekli Yanma Testi (LCT) tesisi açtı. Bu, 2030 yılına kadar %100'e kadar amonyak yakabilen gaz türbini yanma odalarını ticarileştirme yönündeki ortak çabalarında önemli bir adım teşkil ediyor. Ortaklar, tesisin 2025 yazında başlayarak tam ölçekli prototip testlerini hızlandıracağını söyledi.

Yeni Büyük Ölçekli Yanma Testi tesisi (LCT ) , Ocak 2024'te imzalanan bir Ortak Geliştirme Anlaşması'ndan (JDA) kaynaklanıyor. Anlaşma kapsamında şirketler, GE'nin 6F.03, 7F ve 9F modelleriyle uyumlu, %100 amonyak kapasiteli, yeniden donatılabilir bir gaz türbini yanma sistemi geliştirmeyi ve 2030 yılına kadar potansiyel olarak ticari olarak temin edilebilecek bir ürün hedeflemeyi amaçlıyor.

POWER'ın bildirdiği üzere, şirketler Haziran 2021'de pazar potansiyeli, Japonya ve Asya'da gaz tesisi yakıtı olarak amonyak için fizibilite çalışmaları ve ilk teknoloji kapsamı hakkında ortak araştırma da dahil olmak üzere bir "amonyak gaz türbini iş yol haritası" tanımlamak için bir mutabakat zaptı imzaladılar . Şubat 2023'te, bir yıllık çalışmanın ardından şirketler şu sonuca vardı: Tüm ithalat değer akışı dikkate alındığında, amonyağın Japonya'daki gaz türbinleri için sıvı hidrojenden potansiyel olarak daha düşük maliyetli bir alternatif yakıt olabileceği düşünülmektedir.

Ocak 2024 JDA, Japonya'nın Yeni Enerji ve Endüstriyel Teknoloji Geliştirme Örgütü'nden (NEDO) aldığı fonla 2-MW sınıfı IM270 gaz türbini için bir yanma odası geliştirme konusunda IHI'nin çalışmalarını temel aldı. Haziran 2022'de IHI, sıvı amonyağın doğrudan gaz türbini yanma odasına püskürtüldüğü yeni bir yanma yöntemi kullanarak Yokohama Works tesisindeki türbinde tek ateşlemeli sıvı amonyak testleri gerçekleştirdi. Testler, amonyak yakıt oranı %70 ile %100 arasında olduğunda bile, hem CO _₂ hem de nitröz oksit (N _₂ O) dahil olmak üzere %99'u aşan bir sera gazı azaltma oranı gösterdi.

LCT, Gerçek Dünya Çalışma Koşullarında Amonyak Yanmasını Test Edecek

Genellikle metan için optimize edilmiş geleneksel kuru-düşük NOx (DLN) yanma odaları, alev sıcaklığını düşürerek azot oksit (NO _x ) miktarını en aza indiren temelde yalın-ön karışımlı sistemlerdir. Ancak, temel bir zorluk, yalın koşullar altında aşırı NOx oluşumuna yol açan amonyağın yüksek azot içeriğini (kütlece yaklaşık %83) ele almak olmuştur. IHI'nin teknolojisi, yakıt açısından zengin bir "zengin" aşamayı ve ardından yalın bir aşamayı içeren iki aşamalı bir yanma sistemini benimser. İlk aşamada, sınırlı oksijen bulunabilirliği, amonyak ayrışırken NO _x oluşumunu bastırır. İkinci aşama, ilave hava ile tam yanmayı sağlayarak artık amonyağı ve yanmamış yakıtı daha da azaltır.

Şirketlerin Pazartesi günü piyasaya sürdüğü yeni LCT, bu yaz %100 amonyakla çalışan tam ölçekli prototip yanma odaları kullanarak teknolojinin sıkı yanma testlerine başlayacak. Ana hedef, gerçek dünya koşulları altında performansı, güvenilirliği ve emisyon uyumluluğunu doğrulamaktır. Şirketler bir açıklamada, "Yeni test tesisi, basınç, sıcaklık ve hem hava hem de yakıt akış hızları dahil olmak üzere GE Vernova'nın F sınıfı gaz türbini çalışma koşullarında gelişmiş yanma sistemlerini test etmek için tasarlanmıştır" dedi.

“Bu kilometre taşı, 2024'te Ortak Geliştirme Anlaşması ile imzalanan ve 2030 yılına kadar %100 amonyak kapasiteli bir yanma sistemine ulaşmayı hedefleyen ortak teknoloji yol haritasında önemli bir adım ileri anlamına geliyor,” diye açıkladı IHI İcra Kurulu Başkanı, İş Geliştirme Bölümü Başkan Yardımcısı ve Amonyak Değer Zinciri Proje Departmanı Genel Müdürü Kensuke Yamamoto. “IHI, %100 amonyak ateşlemeli bir gaz türbini IM270 (çıkış 2 MW) geliştirdi ve büyük ölçekli yanma teknolojisi geliştirmek için teknolojiyi dengeleyecek. IHI'nin yanma odası geliştirme rolü, IHI ve GE Vernova'nın projesi için önemli bir merkez olacak olan bu yeni amiral gemisi test tesisinde yatıyor. LCT'nin kurulması, IHI ve GE Vernova'nın gelecekteki güç üretimi için umut vadeden bir yakıt olarak amonyağı kullanarak daha sürdürülebilir enerji çözümlerinde inovasyonu yönlendirme taahhüdünün altını çiziyor.”

Şirketler, iki şirket arasındaki işbirliğinin, "IHI amonyak yakma uzmanlığı ve GE Vernova'nın küresel teknik ekipleri arasındaki sinerjileri ve GE Vernova'nın Güney Carolina, Greenville'deki gelişmiş yanma test tesisinde geliştirilen paylaşılan en iyi uygulamaları" içerdiğini belirtti.

Hedef: 2030'a Kadar Amonyak Kapasiteli Bir Gaz Türbini Yerleştirmek

Gübre ve kimyasal hammadde gibi endüstriyel uygulamalarda uzun zamandır kullanılan amonyak, verimli, düşük maliyetli taşıma ve depolama sağlayabileceği için hidrojen taşıyıcısı olarak lanse edilmiştir. Uzmanlar , temiz amonyağın güç ve nakliye için düşük karbonlu bir yakıt olarak umut vadetmesine rağmen, yaygın olarak benimsenmesinin önemli engellerle karşı karşıya olduğunu, bunların arasında yeşil amonyağın maliyetinin pahalı elektroliz ve sınırlı yenilenebilir güç nedeniyle geleneksel kahverengi amonyağa göre altı kata kadar daha fazla olması gibi engellerin bulunduğunu belirtmektedir. Mavi amonyak daha uygulanabilir bir yakın vadeli alternatif sunmaktadır, ancak yine de maliyetli karbon yakalama iyileştirmeleri gerektirmektedir. Amonyağın toksisitesi, potansiyel NOx emisyonları ve kamu güvenliği endişeleri de engeller oluşturmaktadır.

Bu arada, amonyağın güç üretimi için sıfır karbonlu bir yakıt olarak vaat edilmesine rağmen, teknik, ekonomik ve pratik engellerin birleşimi nedeniyle pazar ivmesi yavaştı. ABD ve Japonya gibi büyük pazarlarda türbinleri sıkı tek haneli NOx düzenlemelerini karşılayacak şekilde özelleştirmek önemli bir engeldi. Şimdiye kadar hiçbir orijinal ekipman üreticisi (OEM) %100 amonyak yakıtıyla çalışabilen bir gaz türbinini ticarileştirmedi, ancak mühendislik doğrulaması ve gösterimi için ilerleme devam ediyor.

Singapur'daki Sembcorp Industries, 815-MW Sakra kojenerasyon tesisinde iki GE Vernova 9F türbinini, amonyakla çalışan kombine çevrim üretiminin dünyadaki ilk ticari ölçekli gösterilerinden biri olabilecek bir projede %100 amonyak çalışması için yeniden donatmak amacıyla IHI ve GE Vernova ile birlikte çalışmaktadır. Mitsubishi Power bu arada, doğrudan amonyak yakma yeteneğine sahip H-25 modeline dayalı 40-MW sınıfı bir türbin geliştirmektedir . MAN Energy Solutions (şimdiEverllence olarak yeniden markalanmıştır) ayrıca, iki zamanlı motorlar (12–68 MW) ve dört zamanlı çift yakıtlı motorlar (26 MW) geliştirerek amonyak süreçleri için mevcut kompresör çözümlerini temel alarak endüstriyel ve kamu hizmeti ölçeğinde güç için amonyakla çalışan motor teknolojisini ilerletmektedir.

Kurulu küresel filosunda tahmini 7.000 gaz türbini bulunan GE Vernova, gaz türbini filosu için kısa vadeli karbon yoğunluğu azaltımlarını ve uzun vadeli net sıfır emisyonları hedefleyen çok aşamalı bir karbonsuzlaştırma stratejisi yürütüyor. Şirketin Haziran 2025'te yayınlanan sürdürülebilirlik raporuna göre, şirket 2030 yılına kadar Kapsam 1 ve 2 emisyon yoğunluğunu %50 oranında azaltma (2019 baz alınarak) için kısa vadeli bir hedef belirledi ve 2050 yılına kadar gaz türbinleri de dahil olmak üzere satılan ürünlerin kullanımından kaynaklanan Kapsam 3 emisyonlarını net sıfıra indirmeyi taahhüt etti. GE Vernova, hedefini ilerletmek için yeni ve mevcut gaz türbinlerine hidrojen kabiliyetleri entegre ediyor, seçili modellerde %100'e kadar hidrojen yanmasını sağlıyor ve faaliyet gösteren filolarda yanma sonrası karbon yakalama iyileştirmelerini pilot olarak uyguluyor. Şirket ayrıca, gaz türbini operasyonlarında yakıt tüketimini ve emisyonları azaltmak için yapay zeka destekli performans optimizasyonları da dahil olmak üzere gelişmiş dijital çözümler kullanıyor.

GE Vernova, şu ana kadar 7HA, 9HA, 7F, 6F, 6B, 9E ve LM6000 dahil olmak üzere yedi modeldeki 120'den fazla gaz türbininin hidrojen veya hidrojen-doğal gaz karışımlarıyla çalıştığını ve bunların 8,5 milyondan fazla çalışma saati topladığını bildirdi. LM6000 aeroderivatif türbini %100'e kadar hidrojenle başarılı bir saha çalışması gösterirken, 7HA.03 ağır hizmet tipi türbini hacimce %50'ye kadar hidrojen karışımlarının yanmasını desteklemek üzere geliştiriliyor. Bu yetenekler GE Vernova'nın DLN yanma sistemlerindeki sürekli ilerlemesiyle destekleniyor, ancak şirket ayrıca hem yeni inşa hem de iyileştirme projelerinde hidrojen performansını doğrulamak ve dağıtımını ölçeklendirmek için küresel müşterilerle aktif olarak çalıştığını ve ayrıca ABD Enerji Bakanlığı'nın HyBlend programı gibi hükümet destekli Ar-Ge çabalarını destekleyerek ticari hazırlığı ve hidrojenin sevk edilebilir üretime entegrasyonunu hızlandırdığını öne sürüyor.

Şirket, "Amonyakın güç üretim yakıtı olarak kullanılmasının, mevcut küresel bir tedarik zincirine sahip olmak da dahil olmak üzere birçok faydası var," diyor. "Bir yakıt olarak amonyak, nitrojen ve hidrojenden oluşur; karbon içermez. Bu nedenle, amonyakla çalışan bir gaz türbini esasen sıfır karbon emisyonuna sahip olacaktır (yanma için kullanılan havada bulunan karbondioksit nedeniyle eser miktarda emisyon olabilir)." Ayrıca, "Hidrojenle ilişkili uygulama zorlukları arasında sınırlı boru hattı altyapısı ve nakliye gemileri ile aşırı soğutma sıcaklıkları yer alıyor. Hidrojeni taşıyabilen çok az boru hattı var. Hidrojeni bir gazdan sıvıya yoğunlaştırmak, -253 °C'ye (-423 °F) kadar soğutmayı gerektirir. Amonyağın sıvı olarak depolanması için sadece -33 °C'ye (-28 °F) kadar soğutulması gerekir; bu, hidrojenden çok daha sıcak bir sıcaklıktır. Sıvı hidrojen gemiyle taşınabilir, ancak bugün sınırlı bir kapasite vardır," diyor.

Amonyağın bolluğu da büyük bir artı, diyor. "Amonyak dünya çapında en çok üretilen ikinci kimyasaldır; üretilen miktarın yaklaşık %10'u her yıl gemiyle taşınır. Amonyak taşıyabilen yaklaşık 170 gemi faaliyettedir ve bunlardan 40'ı sürekli olarak amonyak taşımaktadır, bu da yeterli liman ve ulaşım altyapısı anlamına gelir. Amonyak hidrojenden üretildiği için, nakliyeden sonra nihai kullanım için hidrojene dönüştürülebilir veya tekrar parçalanabilir. Bu nedenle, hidrojeni nakletmek için bir yöntem olarak amonyağın kullanılmasına yönelik ilgi artmaktadır."

GE Vernova, Çin, Endonezya, Malezya, Tayland ve Japonya gibi ülkelerde pazar ilgisinin arttığını ve bu ülkelerin "karbon giderme çabalarının bir parçası olarak kömür santrallerinde amonyak eş yakmayı keşfetme niyetlerini" ifade ettiğini belirtti. Japonya ve Güney Kore'deki son gelişmelerde görüldüğü gibi, bölgede artan bir hükümet desteği var. Amonyağa potansiyel bir gaz yakıtı olarak ilgi de somut, diye belirtiyor.

Şirket, yeni LCT'de faaliyetlerin başlamasının, enerji santrali sistemleri için gerekli testlerde yeni bir aşamayı işaret ettiğini söyledi. "Bu duyuru, amonyak değer zincirine ilişkin ilk çalışmalardan, amonyağı yakıt olarak kullanarak enerji üretimini karbondan arındırmayı amaçlayan teknolojilerin ve mühendislik projelerinin pratik uygulamasına geçişi işaret ediyor," dedi GE Vernova Teknoloji Stratejisi kıdemli direktörü Jeffrey Goldmeer . " Bu, mevcut enerji üretim yatırımlarını koruyan karbondan arındırma yolları geliştirme hedefiyle GE Vernova ve IHI arasındaki iş birliğinin yeni bir aşamasını işaret ediyor."

— Sonal Patel , POWER'ın kıdemli editörüdür ( @sonalcpatel , @POWERmagazine ).