脱碳王牌？突然备受追捧的“氨发电”为何物？“绿氨财团”已展开行动！

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摘   要：主要用作农业肥料的氨近来作为发电燃料备注关注，由伊藤忠等日本大型公司组成的“绿氨”财团正在积极探讨氨燃料利用的可能性，拓展其在脱碳化方面的用途。

关键字：氨燃料、绿氨、脱碳化、氢与氨混烧、氨发电、新工艺制氨、地产地消、能源载体

为有制氨工厂建设业绩的工程公司带来商机

（图片来自网络）

主要用作农业肥料的氨（NH₃）近来作为发电燃料突然备受关注。

原因在于其可用作零碳发电燃料。

合成氨的方法是100年前确立的“哈伯-博施法”，即将从天然气等中含有的甲烷（CH₄）中分离出来的氢（H）和大气中的氮（N）在高温高压下合成制得。

氨具有可燃性，可作为燃料，但以往的制造方法会排放大量CO₂。同时由于使用天然气等化石燃料作为原料，在合成过程中需要大量的能源。

关于前者，可使用可再生能源分解水得到的“绿氢”代替甲烷制氢，或回收甲烷制氢工序中排出的CO₂以制得“蓝氢”，从而可减少CO₂排放。

关于后者，正在推进开发使用较少能源的合成工艺。

如用这些新工艺制氨，则氨有望成为零碳绿色发电燃料。

不仅仅是氨，绿氢或者蓝氢也可以直接作为发电燃料来使用。但是，氢具有燃烧速度快的特性，如果在现有的发电站中进行利用，则以与具有同样燃烧速度的天然气混烧为主。

在这一点上，日本的基础电力中，煤炭火力较多，煤炭与燃气相比燃烧速度慢，很难利用绿氢或者蓝氢。

因此，为了降低煤炭火力发电厂的CO₂排放，正在试图将氢气转变为燃烧速度接近煤炭的氨。

今治、伊藤忠探讨利用可能性

在日本，由电力、燃气、商社、船舶公司等组成的“绿氨财团”正在为普及由可再生能源制得的“绿氨”而开展活动。

具体而言，从今年开始，探讨利用东京电力控股集团和中部电力的合资企业JERA・碧南煤炭火力发电厂（爱知县）的100万千瓦发电机，开展20%左右氨混烧的实证实验。

除了用于替代煤炭燃料以外，目前还在进行将氨用于燃气轮机、船舶用柴油机等的研究和开发。

今治造船、三井E&S机械公司、日本海事协会、伊藤忠Enex、伊藤忠商事达成一致，将共同开发安装“烧氨装置”的船舶。

另外，氨作为氢的能源载体（运输方法）也备受期待。

氢气因密度小，需要（1）液化、（2）压缩、（3）有机氢化物（与甲苯合成）、（4）特种氢合金等常温常压以外的运输方法。

无论哪种方法都需要增加新的运输基础设施。

另一方面，如上所述，氨用于肥料，有实际商业用途，运输基础设施也很完善，使用时不需要提取氢就可以燃烧，因此可以利用现有的氨运输渠道。

目前，氨存在以下现状：（1）主要用于肥料，需求地区差异大；（2）原料为天然气和空气，对于原料供给地的限制少；（3）制造方法为“哈伯-博施法”，对于原料供给地的限制少。因此，只需将工厂建在靠近需求地的地方，就可以实现“地产地消”。

在日本，氨主要由工业煤气公司负责供给、制造和运输，肥料和化学用途是主要消费去向。

但是今后，用于脱碳化的用途有望增加。

目前日本每年消费氨约100万吨，但据日本经济产业省资源能源厅预计，到2030年，包括用于发电和船舶等的“燃料用途”，氨的消费总量可达300万吨。

为了应对需求增加，不仅需要日本国内的供给网，还需要从海外采购。

具体来说，需要从可实现蓝氢制氨的油气资源丰富的国家，以及可再生能源成本低，可实现绿氢制氨的北美、澳洲以及中东进口。

氨在日本国内的运输可使用现有基础设施，但是在氨混烧发电等新用途方面，需要进行设备投资（储氨罐和混烧设备）。

存在的课题是氮氧化物以及臭味

氨用于实现脱碳化仍存在不少课题。

其中一个课题是氨含有N元素，燃烧时会产生氮氧化物（NO_X）。如此一来，即使减少了CO₂，但NO_X增加的话，仍会造成很大的社会影响。

目前已经明确的是，通过改良氨投入锅炉的位置，进而改善锅炉内氨的燃烧性，以及利用现有的硝脱装置等，有望大幅改善NO_X的产生。

第二个课题是氨特有的臭味。

虽然小型氨燃料电池的开发也在推进，但是如果在一般家庭和住宅区使用，考虑到发生泄漏的风险，氨的利用十分困难。

因此，氨还是更加适合用于B to B（法人对法人）领域的脱碳用途。

日本国内关于氢与氨的利用也愈发盛行，但在世界范围内，引领潮流转变的是去年7月公布的“欧洲氢能战略”。

在战略上，欧盟（EU）将“绿氢”定位为战略性产业。从这一动向上可以窥见以脱碳政策为核心的欧盟、尤其是德国的通商政策。

在欧盟以脱碳等为目标的背景下，以德国西门子为代表的重工工制造商也改变了投资政策，从煤炭火力中撤退，加大了对可再生能源、水电解业务的倾斜。

并且，在欧洲氢能战略公布2个月后，西门子宣布将建设德国最大的制氢工厂。

在此之前，虽然日本一直提倡“天然气和节能造就‘低碳’社会”，但欧盟将游戏规则从“低碳”改为“脱碳”，并结合通商政策，试图掌握市场霸权。

基于日本的实际情况，展望2050年，可再生能源普及，氢与氨混烧等措施确实是有效的手段，但仅仅如此无法实现脱碳。

二氧化碳的回收、利用、储存（CCUS）等措施同样重要，如果只是被动应对的话，今后应对气候变化的成本也会逐节攀升。

短期的应对当然是必要的，但是在新的“市场（游戏）”中，在获取怎样的国家利益等问题上建立起大局观也同样重要。

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翻译：史海燕

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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