KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Politeknik Dergisi / 2026 / Cilt: 29 Sayı: 5

Yeşil Amonyak Üretimi için Merkezi Olmayan, Küçük Ölçekli Elektrokimyasal Haber-Bosch Sürecinin Teknolojik-Ekonomik Optimizasyonu

Techno-Economic Optimization of a Decentralized, Small-Scale Electrochemical Haber-Bosch Process for Green Ammonia Production

Ahmed Emin Kılıç(ANKARA YILDIRIM BEYAZIT UNIVERSITY, FACULTY OF ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES, DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING)0000-0002-8472-9426
Senanur Tekin(ANKARA YILDIRIM BEYAZIT ÜNİVERSİTESİ)0009-0002-3744-6164
Hasan Özcan(ANKARA YILDIRIM BEYAZIT ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-0135-8093
Selahattin Çelik(ANKARA YILDIRIM BEYAZIT ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-7306-9784
Sayfa
1–12
Yayın Tarihi
2026-09-13
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Modelleme sonuçları, reaktör basıncı ve elektrolizör verimliliğinin amonyağın seviyelendirilmiş maliyetine (LCOA) ve işletme giderlerine (OPEX) belirleyici etkileri olduğunu göstermektedir. 9 MPa'nın üzerindeki basınçlarda, dönüşüm verimliliği ve reaktördeki kalma süresi azalır, bu da dönüşüm verimliliğini düşürür ancak reaktör hacminin küçülmesine ve dolayısıyla reaktör maliyetlerinin azalmasına neden olur.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Amonyak, karbon içermeyen yapısı, yüksek hidrojen yoğunluğu ve mevcut altyapılarla uyumluluğu nedeniyle sürdürülebilir enerji sistemleri için stratejik bir bileşik haline gelmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Modelleme sonuçları, reaktör basıncı ve elektrolizör verimliliğinin amonyağın seviyelendirilmiş maliyetine (LCOA) ve işletme giderlerine (OPEX) belirleyici etkileri olduğunu göstermektedir. 9 MPa'nın üzerindeki basınçlarda, dönüşüm verimliliği ve reaktördeki kalma süresi azalır, bu da dönüşüm verimliliğini düşürür ancak reaktör hacminin küçülmesine ve dolayısıyla reaktör maliyetlerinin azalmasına neden olur.
💡
Sonuç & Katkı:Sonuçlar, yenilenebilir kaynaklarla desteklenen yüksek basınçlı eHB sistemlerinin, gübre endüstrisinden hidrojen taşıyıcı uygulamalarına kadar çeşitli sektörlerde merkezi olmayan yeşil amonyak üretimi için endüstriyel olarak uygulanabilir ve rekabetçi bir seçenek sunduğunu göstermektedir.
🔬Tür:Deneysel Tarla Denemesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:CAPEX/OPEX · yeşil amonyak üretimi · Haber-Bosh prosesi

Özet

Amonyak, karbon içermeyen yapısı, yüksek hidrojen yoğunluğu ve mevcut altyapılarla uyumluluğu nedeniyle sürdürülebilir enerji sistemleri için stratejik bir bileşik haline gelmiştir. Bu çalışmada, elektrokimyasal Haber-Bosch (eHB) sürecine dayalı yeşil amonyak üretiminin teknik ve ekonomik fizibilitesi ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Modelleme sonuçları, reaktör basıncı ve elektrolizör verimliliğinin amonyağın seviyelendirilmiş maliyetine (LCOA) ve işletme giderlerine (OPEX) belirleyici etkileri olduğunu göstermektedir. 9 MPa'nın üzerindeki basınçlarda, dönüşüm verimliliği ve reaktördeki kalma süresi azalır, bu da dönüşüm verimliliğini düşürür ancak reaktör hacminin küçülmesine ve dolayısıyla reaktör maliyetlerinin azalmasına neden olur. Özellikle 30 USD/MWh gibi düşük elektrik fiyatlarında, LCOA'nın 25 ton/gün üzerindeki ölçeklerde geleneksel yöntemlerle rekabet edebileceği gözlemlenmiştir. Ayrıca, kapasite faktörü ve üretim ölçeğindeki artışlar, sermaye ve sabit işletme maliyetlerini daha büyük bir üretim hacmine yayarak ekonomik performansı iyileştirir. Sonuçlar, yenilenebilir kaynaklarla desteklenen yüksek basınçlı eHB sistemlerinin, gübre endüstrisinden hidrojen taşıyıcı uygulamalarına kadar çeşitli sektörlerde merkezi olmayan yeşil amonyak üretimi için endüstriyel olarak uygulanabilir ve rekabetçi bir seçenek sunduğunu göstermektedir.

Abstract

Ammonia has become a strategic compound for sustainable energy systems due to its carbon-free structure, high hydrogen density and compatibility with existing infrastructures. In this study, the technical and economic feasibility of green ammonia production based on the electrochemical Haber-Bosch (eHB) process is analysed in detail. Modelling results show that reactor pressure and electrolyser efficiency have decisive effects on the levelized cost of ammonia (LCOA) and operating expenses (OPEX). Under pressures above 9 MPa, the conversion efficiency and the residence time in the reactor decreases, decreasing the conversion efficiency but resulting in a smaller reactor volume, thus reducing reactor costs. Especially at electricity prices as low as 30 USD/MWh, LCOA has been observed to be competitive with conventional methods at scales above 25 tonnes/day. Furthermore, increases in capacity factor and production scale improve economic performance by spreading capital and fixed operating costs over a larger production volume The results demonstrate that high-pressure eHB systems supported by renewable sources offer an industrially viable and competitive option for decentralised green ammonia production across various sectors, from the fertiliser industry to hydrogen carrier applications.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Kılıç, A. E., Tekin, S., Özcan, H., Çelik, S. (2026). Yeşil Amonyak Üretimi için Merkezi Olmayan, Küçük Ölçekli Elektrokimyasal Haber-Bosch Sürecinin Teknolojik-Ekonomik Optimizasyonu. Politeknik Dergisi, Cilt: 29 Sayı: 5, 1–12. https://doi.org/10.2339/politeknik.1820252

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (39)

  1. Fan, Y., Xue, X., Zhu, L., Qin, Y., Yuan, D., Gu, D., & Wang, B., “The state-of-the-art in the electroreduction of NO x for the production of ammonia in aqueous and nonaqueous media at ambient conditions: a review”, New Journal of Chemistry, 47(13), 6018-6040, (2023).
  2. Valera-Medina, A., Xiao, H., Owen-Jones, M., David, W. I. F., & Bowen, P. J., “Ammonia for power”, Progress in Energy and Combustion Science, 69, 63–102, (2018).
  3. International Energy Agency (IEA), “Ammonia Technology Roadmap – Towards more sustainable fertilizer production”, IEA Publications, https://www.iea.org/reports/ammonia-technology-roadmap (2021).
  4. Staffell, I., Scamman, D., Velazquez Abad, A., Balcombe, P., Dodds, P. E., Ekins, P.,. & Ward, K. R., “The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system”, Energy & Environmental Science, 12(2), 463–491, (2019).
  5. Teichmann, D., Arlt, W., Wasserscheid, P., & Freymann, R., “A future energy supply based on Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHC)”, Energy & Environmental Science, 5(6), 9044–9054, (2012).
  6. International Energy Agency (IEA), “The Future of Hydrogen”, IEA Publications, (2019). https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen [7] Fernandez, C. A., & Hatzell, M. C., “Economic considerations for low-temperature electrochemical ammonia production: achieving haber-bosch parity, Journal of The Electrochemical Society, 167(14), 143504, (2020).
  7. Giddey, S. P. S. B. S., Badwal, S. P. S., & Kulkarni, A., “Review of electrochemical ammonia production technologies and materials”. International Journal of Hydrogen Energy, 38(34), 14576-14594, (2013).
  8. Büyük P. and Eryaşar A., “Energy and exergy analysis of green hydrogen production”, Journal of Polytechnic, 28(2): 461-468, (2025).
  9. Hochman, G., Goldman, A. S., Felder, F. A., Mayer, J. M., Miller, A. J., Holland, P. L.,. & Aleti, S., “Potential economic feasibility of direct electrochemical nitrogen reduction as a route to ammonia”, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 8(24), 8938-8948, (2020).
  10. Akyazı H., Güldür Ç. ve Güneş S., “Mikrobiyal Yakıt Hücresi Anotunda Kullanılmak Üzere İndirgenmiş Grafen Oksit Kaplı ve Molibden Yüklü Nikel Köpük Elektrot Sentezi”, Journal of Polytechnic, 28(2): 707-714, (2025).
  11. Kaya C., Başhan V., “Navigating Türkiye's Energy Horizon: A Bibliometric Exploration of Academic Contributions to Energy, Fuels, and Hydrogen Subjects”, Journal of Polytechnic, 28(1): 197- 214, (2025).
  12. Qing, G., Ghazfar, R., Jackowski, S. T., Habibzadeh, F., Ashtiani, M. M., Chen, C. P.,. & Hamann, T. W., “Recent advances and challenges of electrocatalytic N2 reduction to ammonia”, Chemical Reviews, 120(12), 5437-5516, (2020).
  13. Izelaar, B., Ramdin, M., Vlierboom, A., Pérez-Fortes, M., Van Der Slikke, D., Kumar, A. S.,. & Kortlever, R., “Techno-economic assessment of different small-scale electrochemical NH 3 production plants”, Energy & Environmental Science, 17(21), 7983-7998, (2024).
  14. Zhang, H., Wang, L., Maréchal, F., & Desideri, U., “Techno-economic comparison of green ammonia production processes”, Applied Energy, 259, 114135, (2020).
  15. Mersch, M., Sunny, N., Dejan, R., Ku, A. Y., Wilson, G., O'Reilly, S.,. & Mac Dowell, N., “A comparative techno-economic assessment of blue, green, and hybrid ammonia production in the United States”. Sustainable Energy & Fuels, 8(7), 1495-1508, (2024).
  16. Olabi, A. G., Abdelkareem, M. A., Al-Murisi, M., Shehata, N., Alami, A. H., Radwan, A.,. & Sayed, E. T., “Recent progress in Green Ammonia: Production, applications, assessment; barriers, and its role in achieving the sustainable development goals”. Energy Conversion and Management, 277, 116594, (2023).
  17. Li, R., Ma, W., Liu, Y., Zhang, L., & Zhou, Z., “Towards sustainable electrochemical ammonia synthesis”. Journal of Materials Chemistry A, 11(35), 18626-18645, (2023).
  18. Morgan, E. R., Manwell, J. F., & McGowan, J. G., “Sustainable ammonia production from US offshore wind farms: a techno-economic review”, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 5(11), 9554-9567, (2017).
  19. Alshehhi, R. J., “Techno-Economic Analysis of the Green Hydrogen and Green Ammonia Production”, Doctoral dissertation, Khalifa University of Science, (2023).
  20. Ahmed, H. S., Yahya, Z., Ali khan, W., & Faraz, A., “Sustainable pathways to ammonia: a comprehensive review of green production approaches”, Clean Energy, 8(2), 60-72, (2024).
  21. Ghavam, S., Vahdati, M., Wilson, I. A., & Styring, P., “Sustainable ammonia production processes”, Frontiers in Energy Research, 9, 580808, (2021).
  22. Kyriakou, V., Garagounis, I., Vourros, A., Vasileiou, E., & Stoukides, M., “An electrochemical haber-bosch process”, Joule, 4(1), 142-158, (2020).
  23. Wang, B., Li, T., Gong, F., Othman, M. H. D., & Xiao, R., “Ammonia as a green energy carrier: Electrochemical synthesis and direct ammonia fuel cell-a comprehensive review”, Fuel Processing Technology, 235, 107380, (2022).
  24. Richard, S., Santos, A. R., Olivier, P., & Gallucci, F., “Techno-economic analysis of ammonia cracking for large scale power generation” International Journal of Hydrogen Energy, 71, 571-587, (2024).
  25. Fahr, S., et al., “Dynamic simulation of a highly load-flexible Haber–Bosch plant” International Journal of Hydrogen Energy, 102, 1231-1242, (2025).
  26. Suhan, M.B.K., et al., “Optimal design of ammonia synthesis reactor for a process industry” Journal of King Saud University-Engineering Sciences, 34(1), 23-30, (2022).
  27. Erfani, N., Baharudin, L., Watson, M., “Recent advances and intensifications in Haber-Bosch ammonia synthesis process” Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 204, 109962, (2024).
  28. Turton, R., Bailie, R. C., Whiting, W. B., & Shaeiwitz, J. A., “Analysis, synthesis and design of chemical processes”, Pearson Education, (2008).
  29. Nosherwani, S. A., & Neto, R. C., “Techno-economic assessment of commercial ammonia synthesis methods in coastal areas of Germany”. Journal of Energy Storage, 34, 102201, (2021).
  30. Mignard, D., “Correlating the chemical engineering plant cost index with macro-economic indicators” Chemical Engineering Research and Design, 92(2), 285-294, (2014).
  31. Djire, A.-F., et al., “Techno-economic analysis of power to ammonia production” E3S Web of Conferences, 601, (2025).
  32. Rouwenhorst, K.H.R., Castellanos, G., “Innovation outlook: Renewable ammonia” IRENA, (2022).
  33. Tjahjono, M., et al., “Assessing the feasibility of gray, blue, and green ammonia productions in Indonesia: A techno-economic and environmental perspective” International Journal of Renewable Energy Development, 12(6), (2023).
  34. Staffell, I., Scamman, D., Velazquez Abad, A., Balcombe, P., Dodds, P. E., Ekins, P.,. & Ward, K. R., “The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system”, Energy & Environmental Science, 12(2), 463–491, (2019).
  35. Hochman, G., Goldman, A. S., Felder, F. A., Mayer, J. M., Miller, A. J., Holland, P. L.,. & Aleti, S., “Potential economic feasibility of direct electrochemical nitrogen reduction as a route to ammonia”, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 8(24), 8938-8948, (2020).
  36. Qing, G., Ghazfar, R., Jackowski, S. T., Habibzadeh, F., Ashtiani, M. M., Chen, C. P.,. & Hamann, T. W., “Recent advances and challenges of electrocatalytic N2 reduction to ammonia”, Chemical Reviews, 120(12), 5437-5516, (2020).
  37. Izelaar, B., Ramdin, M., Vlierboom, A., Pérez-Fortes, M., Van Der Slikke, D., Kumar, A. S.,. & Kortlever, R., “Techno-economic assessment of different small-scale electrochemical NH 3 production plants”, Energy & Environmental Science, 17(21), 7983-7998, (2024).
  38. Mersch, M., Sunny, N., Dejan, R., Ku, A. Y., Wilson, G., O'Reilly, S.,. & Mac Dowell, N., “A comparative techno-economic assessment of blue, green, and hybrid ammonia production in the United States”. Sustainable Energy & Fuels, 8(7), 1495-1508, (2024).
  39. Olabi, A. G., Abdelkareem, M. A., Al-Murisi, M., Shehata, N., Alami, A. H., Radwan, A.,. & Sayed, E. T., “Recent progress in Green Ammonia: Production, applications, assessment; barriers, and its role in achieving the sustainable development goals”. Energy Conversion and Management, 277, 116594, (2023).