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近日，中國(guó)首家“氨-氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)”落地福建。記者了解到，該平臺(tái)將探索可再生能源電解制氫-清潔高效合成氨-安全低成本儲(chǔ)運(yùn)氨-氫能的零碳循環(huán)路線，快速推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模升級(jí)。
氨不僅可以作為儲(chǔ)氫介質(zhì)，而且是一種相對(duì)便宜的零碳燃料。基于此，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了氨氫一體化產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，氨氫能源的結(jié)合是理想的發(fā)展方向之一，對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。
既是氫能載體，又是零碳燃料
據(jù)報(bào)道，氨本身是一種能量密度很高的零碳化合物，是液氫的1.5倍。在化學(xué)性質(zhì)方面，氨的液化溫度只有零下33攝氏度，非常容易液化。相比之下，氫液化溫度需要降至零下253攝氏度左右，無(wú)論是車(chē)輛運(yùn)輸還是管道運(yùn)輸，液氨的難度都比較低。
氫能不僅面臨成本挑戰(zhàn)，還面臨儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題。因此，氨開(kāi)始在國(guó)內(nèi)外作為氫的儲(chǔ)運(yùn)介質(zhì)進(jìn)行研究。值得注意的是，氨除了作為氫能載體外，還是一種零碳燃料。據(jù)報(bào)道，氨和氧的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物是水和氮?dú)?，氮?dú)饧s占空氣的78%。因此，氨的燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)了零碳排放。
澳大利亞工程院院士程一兵在論壇上表示，氨作為一種零碳燃料，對(duì)實(shí)現(xiàn)硅酸鹽建材和火力發(fā)電行業(yè)的降碳目標(biāo)具有重要意義。據(jù)分析，到2050年和2060年，即使全球碳中和，仍有近四分之一的能源依賴(lài)燃料，包括海運(yùn)、長(zhǎng)途重載汽車(chē)、煉鋼、高溫工業(yè)制造、航空等。因此，需要氨燃料進(jìn)行含碳燃料的替代。
加快氨氫能源融合項(xiàng)目布局
基于氨的上述特性，該行業(yè)開(kāi)始追求氨氫能源整合，建立新的氫能儲(chǔ)運(yùn)體系。此外，氨氫混合燃料也開(kāi)始被用作國(guó)內(nèi)外減碳的重要途徑之一。
近年來(lái)，能源資本開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入綠氨行業(yè)。數(shù)據(jù)顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)康明斯和氫燃料電池龍頭企業(yè)普拉格都開(kāi)始構(gòu)建氨氫供應(yīng)鏈。據(jù)美國(guó)媒體《市場(chǎng)觀察》報(bào)道，今年11月，普拉格獲得埃及訂單，為年產(chǎn)9萬(wàn)噸綠氨提供10萬(wàn)千瓦電解設(shè)備，生產(chǎn)的綠氨將用作富氫燃料。
2020年，美國(guó)最大的氣體產(chǎn)品和化工公司在沙特阿拉伯聯(lián)合開(kāi)發(fā)了400萬(wàn)千瓦制氫項(xiàng)目，建設(shè)了綠氫工廠。該項(xiàng)目總投資50億美元，是迄今為止宣布的世界上最大的氫能項(xiàng)目。投產(chǎn)后，工廠每天生產(chǎn)650噸綠氫，可為2萬(wàn)輛氫燃料公共汽車(chē)提供動(dòng)力。為便于運(yùn)輸和出口，工廠還將采用氫氨轉(zhuǎn)換技術(shù)，屆時(shí)可生產(chǎn)120萬(wàn)噸/年氨，終端用戶再將氨轉(zhuǎn)化為氫。預(yù)計(jì)到2025年將正式生產(chǎn)氨。
2021年，挪威Yara國(guó)際公司、挪威可再生能源巨頭Statkraft、可再生能源投資公司AkerHorizons宣布將在挪威建立歐洲第一個(gè)大型綠色氨項(xiàng)目。
此外，日本也非常重視氨燃料產(chǎn)業(yè)鏈的布局。廈門(mén)大學(xué)能源學(xué)院教授王兆林表示，在日本，氨燃料技術(shù)的研發(fā)和測(cè)試已經(jīng)持續(xù)多年。日本煤電的降碳方案之一是開(kāi)始向煤炭和氨氫混燒邁進(jìn)。目前，技術(shù)水平已達(dá)到商業(yè)規(guī)模。根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布的數(shù)據(jù)，到2030年，氫和氨將占日本發(fā)電燃料的10%。到2050年，全球?qū)⒔ㄔO(shè)1億噸氨供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。
氨儲(chǔ)氫供氫代氫是重要方向
王兆林強(qiáng)調(diào)，中國(guó)有非常成熟的氨運(yùn)輸和分配系統(tǒng)，氨更安全，更容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。同體積的液氨比液氫多至少60%，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)突出。因此，氨儲(chǔ)氫、供氫和代氫是氫能的發(fā)展趨勢(shì)之一。
“目前高壓儲(chǔ)氫罐成本約60萬(wàn)/個(gè)，液氫儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備成本120-150萬(wàn)元/套。由于氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)成熟，儲(chǔ)罐成本比氫低50倍左右。同時(shí)，氨的儲(chǔ)運(yùn)能耗和損失遠(yuǎn)低于氫。在相同的距離和輸送條件下，輸送氨的能量是天然氣的兩倍?，F(xiàn)有的天然氣管道可以通過(guò)稍微改造來(lái)輸送氨?！蓖跽琢直硎?。
程一兵還認(rèn)為，氫氨相結(jié)合是國(guó)際清潔能源的前瞻性、顛覆性和戰(zhàn)略性技術(shù)發(fā)展方向，是解決氫能發(fā)展重大瓶頸的有效途徑，也是實(shí)現(xiàn)高溫零碳燃料的重要技術(shù)路線。但需要注意的是，雖然國(guó)外已逐步開(kāi)展氨氫融合應(yīng)用項(xiàng)目，但我國(guó)的研究和應(yīng)用仍然很少。
上述專(zhuān)家提醒，氨燃料在具體應(yīng)用層面仍存在技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，氨的燃燒速度和熱值較低，遠(yuǎn)低于氫，不利于高效的工業(yè)應(yīng)用。其次，氨不易點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。此外，要實(shí)現(xiàn)氨氫的大規(guī)模轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)運(yùn)，需要進(jìn)一步研究大容量?jī)?chǔ)運(yùn)設(shè)備和催化劑的技術(shù)問(wèn)題。
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