日本海运液氢既不经济也不环保，到底图什么？市场为何更看好氨气？

撰文 | Sueyl

→这是《环球零碳》的第069篇原创

环球零碳

碳中和领域的《新青年》

摘要：日本从澳大利亚海运液氢一事，被认为是一个里程碑事件，意味着全球大规模氢贸易的开端。可没想到遭到各种批评，有人认为这是日本搞碳排放转移，还有专家认为日本这是有钱闲得慌，因为液氢长距离运输，非常昂贵，是巨大的金钱浪费。与其运输液氢，为何不运输氨？

1月 21日，由日本川崎重工业公司制造的全球第一艘液化氢运输船Suiso Frontier，经过近一个月的航行，从日本神户港抵达澳大利亚黑斯廷斯港。准备从这里把第一批液氢从黑斯廷斯港运送到日本神户。

这艘运输船全长 116米，总吨位约 8000吨，船上搭载了特制的储气罐，能储存近1250立方米的液化氢，相当于大约75吨液氢。

 日本Suiso Frontier船。来源：hystra

大规模装载并运送液氢，在世界范围是第一次，如果成功，将有助于证明两个市场之间在极低温度下运输液氢的技术可行性。

当时，这一事件轰动了全球能源界，被认为是一个里程碑事件，意味着全球大规模氢贸易的开端。

可是没有想到的是，液氢船还没到达日本，就遭到了各种批评。

有专家认为，日本这样做，可能锁定一个新的化石燃料行业，将增加澳大利亚的碳排放，这是搞碳排放转移。

还有专家算了一笔账，认为日本这是有钱闲得慌，因为液氢长距离运输，从经济效益看，非常昂贵，是巨大的金钱浪费。与其运输液氢，为何不运输氨？

01

这是日本向澳大利亚转移碳排放？

这次液氢运输，是日本与澳大利亚“氢能供应链”（Hydrogen Energy Supply Chain，简称“HESC”）项目的一部分。

这个项目是由日本企业川崎重工牵头、日本政府和澳大利亚政府支持的、价值5亿澳元的煤制氢项目，作为两国转向清洁能源和减少碳排放一种新方式。

氢气被视为能让依赖煤炭、天然气和石油的行业脱碳的一个途径，是日本到2050年实现净零排放目标的关键，同时澳大利亚方面希望成为这种燃料的主要出口国。

HESC 示范项目是第一个在两国之间通过海上运输液氢的项目。该项目意图开发完整的氢气供应链：通过拉特罗布谷煤气化制氢，将氢气运送到黑斯廷斯港进行液化，然后通过船运方式运往日本。

澳大利亚总理莫里森表示，这将是澳大利亚主要新能源出口产业的开端。

但此举遭到很多专业的批评和怀疑。

澳大利亚气候委员会气候解决方案高级研究员蒂姆·巴克斯特表示，政府的这些假设值得怀疑，“从化石燃料中提取的氢，是从高排放的煤中提取的，实际上只是一种新的化石燃料工业。化石氢是一个全新的化石燃料行业，无论是否加装碳捕获和储存相关，会导致更多的温室气体排放。这不是一个气候解决方案。”

澳大利亚气候、能源和灾难解决研究所的工程师菲奥娜·贝克（Fiona Beck）博士在《清洁生产杂志》发表论文，评估了澳大利亚-日本氢气供应链将产生的排放。

文章认为，如果化石燃料制氢成为常态，相当于日本将把碳排放转移到澳大利亚。对于陆上风电项目选择有限的日本，一直在寻找减少二氧化碳排放的方法。一种方法是在其燃煤发电厂中燃烧氨气，氨气由氢气制成，而这些发电厂也由澳大利亚的煤炭提供动力。根据目前衡量排放量的二氧化碳核算标准，日本将大幅削减排放量，同时将排放量转移到澳大利亚，因为制造、加工、运输和运输氢气涉及二氧化碳排放。

贝克说，虽然目前的政府计划表明其打算减少与制造氢气有关的排放，但实际上很少有机制做到这一点。除非澳大利亚有一些强有力的政策来降低其碳排放量，否则我们可能会看到，由于这种氢贸易澳大利亚的排放量会上升。

图说：Suiso Frontier货船将第一批液化氢从西澳大利亚运往日本

来源：Yuka Obayashi/路透社

02

从物理学看，船运氨更方便

除了制氢本身的碳排之外，液氢运输的经济成本也遭到质疑。

能源新闻平台Recharge 的总编辑利·柯林斯（Leigh Collins）最近就撰文指出，从物理学和成本来看，氨是比氢远距离海运的更经济的选择。

根据国际可再生能源署（IRENA）、德国智库 Agora Energiewende 和能源分析机构Wood Mackenzie 的说法，运输氢的衍生物氨 (NH3 ) 而不是纯氢，具有经济意义。

氢是宇宙中很轻、能量密度较高的元素。为什么要使用氢衍生的其他东西进行运输呢？

氨比纯氢气更适合长途出口有三个原因：能量密度更高，有成熟的合成技术和现有的供应链，以及氨本身有推动脱碳的潜力。

柯林斯认为，当我们谈能量密度的时候，体积能量密度而不是质量能量密度在船运中更值得关注。

事实上，氢的质量能量密度是无关紧要的，当在巨型金属罐中运输时，真正重要的是它的体积能量密度。

在正常大气压下，氢气每立方米仅含有3kWh的能量，因此必须将其压缩或液化以提高其能量密度——达到1411kWh/m3（在700帕的压力下）或在-253°C 下过冷至液体时的2350kWh/m3。

氨的体积能量密度比液氢高出59%。氨在-33.3°C下以标准液体形式储存时能量密度为3730kWh/m3。

因此，假设相同大小的容器，理论上需要三批以上的液氢（LH2）才能运输与两批液氨（LNH3）相同的能量。

03

从经济成本看，运输氨比氢气更有意义

根据欧盟资助的氢液化技术项目IDEALHY，当今最先进的技术需要电能消耗为12kWh/kg液态氢。

据研究表明，通常由化石燃料驱动，将空气中的氮与氢气结合形成氨的哈伯-博世工艺（Haber-Bosch）需9-11kWh/kg。

然而，英国克兰菲尔德大学的研究人员表示，通过可再生电力为 哈伯-博世工艺供电可以将其降低到6.41kWh/kg。

根据美国能源部2019年的一份报告，一座日产能为27吨的新氢气液化厂将耗资1.5 亿美元，平摊到生产每公斤氢气约1.40 美元。同时平准化的运行成本将进一步增加 2.75 美元每公斤——这还不包括生产氢气本身的价格。

据日本Sumitomo化学公司高级合伙人Bunro Shiowaza在日文国际环境与经济研究所期刊上撰文称，用绿色氢生产零碳氨（价格为3美元/公斤），每公斤将花费0.48美元（注意：氨的质量仅为氢的17.65%）。

相同价格的基于绿色氢的成本为7.15美元/公斤，几乎是绿色氨气的15倍。

这意味着，一个完整的16万立方米低温液罐(液化天然气需要保持在零下162摄氏度的液化天然气容器的标准尺寸)的液态氢的生产成本约为每兆瓦时200美元，就其所含的能量而言，相比之下，液氨每兆瓦时仅不到88美元。

而且，氨气船上商业运输比较成熟，氨的海运贸易量每年约为2000万吨液氨。相比之下，大容量液态氢船的商业运营直到2030年才可能达到目标。

而且，对低温储存的需求，使氢气面临运输“蒸发”的问题。

运输氨而不是液态氢的另一个重要原因是它们的沸点——即液体转变为气体的温度。

由于氢气（-253°C）储存温度比氨低得多（-33°C），因此在长途航行中保持该温度要困难得多——尤其是当船舶依靠绝缘来保持这些液体低温时，而不是车载冷藏，需要消耗更多能量。

这些低于零摄氏度的液体中的一部分会不可避免因为升温而变成气体——业内称为“蒸发”。

根据《能源报告》杂志上的一项研究数据，从卡塔尔向日本运输 16万m3的液态氢，年蒸发率为13.77%。这意味着其货物重量的13.77%将在一年（24次航行）的过程中损失。

相比之下，一艘在同一路线上运输 16万m3液氨的相同尺寸的船舶在蒸发时仅损失其货物重量的0.325%。（这种低速率可能是由于现有的氨载体通常被完全冷藏以保持其处于液态——这对于沸点更低的氢来说是不可能的。）

使用上述7.15美元/公斤的液氢生产价格，将转化为每年2.705亿美元的蒸发损失。相比之下，根据0.48美元/公斤的生产价格，沿同一路线蒸发液态氨气的年损失仅为410万美元。

图说：由美国造船厂 Vigor Industrial 建造的全冷冻液氨运输船。

来源：活力工业

虽然由于货物重量较重，氨船的燃料成本会高得多，但考虑到维护和其他费用，船舶总运营成本只会高出25.9%—— 2430万美元。

考虑到所有这些因素，很明显，氨通过海运比液态氢便宜得多。

04

与其运输新能源，不如产业转移

以出口为重点的绿色氢项目开发商，已经开始注意到运输氨的优势。

但英国皇家学会政策简报所指出的，目前氨的生产导致每年约有5亿吨CO2被释放到大气中，约占全球每年碳排放量的1.8%。

所以，如果地球要到2050年实现净零排放，用绿色的氨气代替传统生产氨将至关重要。

根据 Wood Mackenzie 的说法，大多数以出口为导向的低碳（蓝色和绿色）氢项目计划运输氨，而不是纯氢气。超过85%的拟议产能在某种程度上整合了氨和氢，氨用于出口市场，其余的氢主要针对国内市场。

氨可以成为首选的船用燃料，并且还计划用于发电，特别是在日本、韩国和德国，因此未来几年对氨的需求很可能会大幅增长。

我们仍然需要大量纯氢来使工业和重型运输脱碳，那么将氨转化为氢的成本呢？

将氨转化回氢气确实有意义。氨是一种潜在的氢载体，可以通过裂解或逆转合成反应来解锁，但大规模推进这条路线面临技术和商业挑战。

是的，世界仍然需要大量纯氢，可能是为了使重工业和重型运输脱碳，而不是用于供暖和汽车等用例，因为电动选择要便宜得多。

在实践中，基于船舶的氢贸易机会将仅限于管道尚未准备好或由于公众反对或距离（如日本）或政治而无法实施的情况。

IRENA在最近的一份报告中指出，在某些情况下，将工业设施转移到世界上太阳能或风能丰富的地区实际上会更便宜，因为那里的绿色氢生产和运输成本非常低。

“无论是电力还是氢能，运输可再生能源的成本仍然相对较高，”IRENA指出。“最便宜的能源运输方式是材料和产品。因此，可再生资源为其地区创造了显著的竞争优势，成为绿色工业化的场所。“

IRENA的观点，其实在中国已经有实践案例。中国远景科技集团在内蒙古鄂尔多斯打造的零碳产业园，就是充分利用内蒙古丰富的可再生清洁能源，打造绿色工业化的最好探索。

零碳产业园的创新实践，就地消纳风光等清洁能源发展新工业，省去了长距离运输清洁能源的成本。这一创新引起了国际社会的广泛关注，英国、西班牙、沙特等国希望借鉴内蒙古的零碳产业园经验。

IRENA的报告还认为，一些能源密集型行业可能会转移到具有低成本可再生能源盈余、出口商品或半成品（直接还原铁等）的国家，以便在其他国家进行精加工。

报告补充说：在可再生能源丰富的国家建立新的生产设施并不一定意味着关闭其他地方的工厂。相反，在许多行业中，都有增长的空间。到2050年，通过改造现有生产基地将无法满足每年约 2 亿吨的全球钢铁预期需求。在拥有铁矿石和廉价可再生能源的国家，将存在新的机会来建立更多的清洁生产设施。

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参考资料：

[1] Why shipping pure hydrogen around the world might already be dead in the water

https://www.rechargenews.com/energy-transition/special-report-why-shipping-pure-hydrogen-around-the-world-might-already-be-dead-in-the-water/2-1-1155434

[2] ‘Just a new fossil fuel industry’: Australia to send first shipment of liquefied hydrogen to Japan

https://www.theguardian.com/australia-news/2022/jan/21/just-a-new-fossil-fuel-industry-australia-to-send-first-shipment-of-liquefied-hydrogen-to-japan

[3] Hydrogen Economy Hints at New Global Power Dynamics

https://www.irena.org/newsroom/pressreleases/2022/Jan/Hydrogen-Economy-Hints-at-New-Global-Power-Dynamics

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