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近日，中國首家“氨-氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺”落地福建。記者了解到，該平臺將探索可再生能源電解制氫-清潔高效合成氨-安全低成本儲運氨-氫能的零碳循環(huán)路線，快速推動氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模升級。
氨不僅可以作為儲氫介質(zhì)，而且是一種相對便宜的零碳燃料?；诖?，近年來，國內(nèi)外已經(jīng)開展了氨氫一體化產(chǎn)業(yè)項目。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，氨氫能源的結(jié)合是理想的發(fā)展方向之一，對中國實現(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，無論是車輛運輸還是管道運輸，液氨的難度都比較低。
氫能不僅面臨成本挑戰(zhàn)，還面臨儲運問題。因此，氨開始在國內(nèi)外作為氫的儲運介質(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)報道，氨和氧的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物是水和氮氣，氮氣約占空氣的78%。因此，氨的燃燒過程實現(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，對實現(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燃料，包括海運、長途重載汽車、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目布局
基于氨的上述特性，該行業(yè)開始追求氨氫能源整合，建立新的氫能儲運體系。此外，氨氫混合燃料也開始被用作國內(nèi)外減碳的重要途徑之一。
近年來，能源資本開始大規(guī)模進(jìn)入綠氨行業(yè)。數(shù)據(jù)顯示，發(fā)動機企業(yè)康明斯和氫燃料電池龍頭企業(yè)普拉格都開始構(gòu)建氨氫供應(yīng)鏈。據(jù)美國媒體《市場觀察》報道，今年11月，普拉格獲得埃及訂單，為年產(chǎn)9萬噸綠氨提供10萬千瓦電解設(shè)備，生產(chǎn)的綠氨將用作富氫燃料。
2020年，美國最大的氣體產(chǎn)品和化工公司在沙特阿拉伯聯(lián)合開發(fā)了400萬千瓦制氫項目，建設(shè)了綠氫工廠。該項目總投資50億美元，是迄今為止宣布的世界上最大的氫能項目。投產(chǎn)后，工廠每天生產(chǎn)650噸綠氫，可為2萬輛氫燃料公共汽車提供動力。為便于運輸和出口，工廠還將采用氫氨轉(zhuǎn)換技術(shù)，屆時可生產(chǎn)120萬噸/年氨，終端用戶再將氨轉(zhuǎn)化為氫。預(yù)計到2025年將正式生產(chǎn)氨。
2021年，挪威Yara國際公司、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大型綠色氨項目。
此外，日本也非常重視氨燃料產(chǎn)業(yè)鏈的布局。廈門大學(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)和測試已經(jīng)持續(xù)多年。日本煤電的降碳方案之一是開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)。
氨儲氫供氫代氫是重要方向
王兆林強調(diào)，中國有非常成熟的氨運輸和分配系統(tǒng)，氨更安全，更容易儲存和運輸。同體積的液氨比液氫多至少60%，經(jīng)濟優(yōu)勢突出。因此，氨儲氫、供氫和代氫是氫能的發(fā)展趨勢之一。
“目前高壓儲氫罐成本約60萬/個，液氫儲運設(shè)備成本120-150萬元/套。由于氨儲運系統(tǒng)成熟，儲罐成本比氫低50倍左右。同時，氨的儲運能耗和損失遠(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稍微改造來輸送氨?！蓖跽琢直硎?。
程一兵還認(rèn)為，氫氨相結(jié)合是國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，雖然國外已逐步開展氨氫融合應(yīng)用項目，但我國的研究和應(yīng)用仍然很少。
上述專家提醒，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，氨不易點燃，實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。此外，要實現(xiàn)氨氫的大規(guī)模轉(zhuǎn)換和儲運，需要進(jìn)一步研究大容量儲運設(shè)備和催化劑的技術(shù)問題。
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