在作為脫碳化燃料而受到關(guān)注的氨領(lǐng)域，企業(yè)正在加強(qiáng)開(kāi)發(fā)新的制造技術(shù)。日本大阪燃?xì)獾瘸鲑Y的美國(guó)新興企業(yè)開(kāi)發(fā)低壓制造技術(shù)。此外，出光興產(chǎn)將在2024年之前驗(yàn)證把生產(chǎn)成本抑制在約一半的技術(shù)。氨的制造目前仍以約100年前確立的方法為主，但也在不斷推進(jìn)轉(zhuǎn)向更為清潔和廉價(jià)的制造技術(shù)。

在美國(guó)科羅拉多州的首府丹佛，挑戰(zhàn)新一代氨制造技術(shù)開(kāi)發(fā)的美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)Starfire Energy的研究所坐落于此。該公司開(kāi)發(fā)了所需壓力僅為此前約1/10的制造技術(shù)，目前具備每天100公斤的產(chǎn)能，力爭(zhēng)今后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大型化。

氨是氫和氮的化合物，目前被用于肥料等。不過(guò)，由于燃燒時(shí)不排放二氧化碳，在全球脫碳化的背景下，氨作為清潔燃料的運(yùn)用日趨受到期待。以氨為燃料來(lái)發(fā)電還具備容易使用現(xiàn)有火力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)前，氨的制造主要采用20世紀(jì)初期開(kāi)發(fā)的“哈伯-博施法（HB法）”。通過(guò)合成以化石燃料制成的氫氣和空氣中的氮來(lái)制造。

不過(guò)，在中間階段制造氫時(shí)會(huì)排放大量二氧化碳，而且合成氫和氮時(shí)需要攝氏400~600度、100~300個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件，消耗大量的能源。據(jù)悉氨制造過(guò)程中的二氧化碳排放量占到全球整體的3％。

目前對(duì)于制造過(guò)程的脫碳化，將制造氫氣時(shí)排放的二氧化碳封存于地下的“藍(lán)氨”和使用以太陽(yáng)能等可再生能源制造的氫的“綠氨”受到期待。除此之外，還需要改善形成高溫高壓狀態(tài)的工序。

Starfire Energy將貴金屬釕等用作催化劑，成功將所需壓力降至約10~30個(gè)大氣壓。與哈伯-博施法采用的鐵催化劑相比，即使在低壓下也容易產(chǎn)生反應(yīng)。生產(chǎn)設(shè)備形成將多種零部件組合起來(lái)的“模塊化”，可安裝在風(fēng)電場(chǎng)等附近，有效利用可再生能源電力，能高效生產(chǎn)氨。

源自可再生能源的電力受氣象影響，發(fā)電量容易波動(dòng)，如果采用可再生能源電力，氨制造也容易變得不穩(wěn)定。Starfire Energy采用的機(jī)制是利用相關(guān)設(shè)備使制造氨所需的氮和氫不斷循環(huán)，即使電力減少，也不影響氨的制造。

該公司表示，利用這個(gè)方法，可使氨制造過(guò)程中的二氧化碳排放量減為零。該公司CEO John LoPorto強(qiáng)調(diào)稱，“氨對(duì)于美國(guó)的電力公司來(lái)說(shuō)將成為改變規(guī)則的燃料”。能夠以低于美國(guó)市場(chǎng)價(jià)的價(jià)格制造氨。到2025年將以商用規(guī)模面向發(fā)電和船舶的燃料等啟動(dòng)供貨。向該公司出資的大阪燃?xì)庠诩夹g(shù)方面提供支援。

日本的大型企業(yè)也致力于開(kāi)發(fā)氨的制造方法。

出光興產(chǎn)攜手東芝和日產(chǎn)化學(xué)等，力爭(zhēng)在2024年之前開(kāi)發(fā)利用水和空氣直接合成氨的大規(guī)模制造方法。這樣一來(lái)，省去了制造氫的工序，而且由于采用含有鉬等的催化劑，能以攝氏20度、1個(gè)大氣壓進(jìn)行制造。力爭(zhēng)使制造時(shí)的成本和二氧化碳排放量比現(xiàn)有技術(shù)減少一半。

如果采用廉價(jià)的可再生能源電力，能夠?qū)ㄟ\(yùn)輸費(fèi)等在內(nèi)的氨發(fā)電成本，降至每千瓦時(shí)20日元以下，低于燃?xì)饣鹆Πl(fā)電。

出光興產(chǎn)等改進(jìn)東京大學(xué)教授西林仁昭的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的利用水和空氣在常溫常壓下合成氨的方法，確立新的制造方法。采用源自可再生能源的電力，對(duì)加入催化劑等的水進(jìn)行電解，注入空氣就能形成氨。在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的“綠色創(chuàng)新基金事業(yè)”當(dāng)中，被采納為制造氨的新方法。

東京大學(xué)西林教授等開(kāi)發(fā)的氨合成設(shè)備

出光興產(chǎn)的負(fù)責(zé)人表示，“如果能確立去掉氫制造過(guò)程的制法，將邁向二氧化碳排放少的氨發(fā)電的實(shí)用化”。課題是找到制造時(shí)使用的二碘化釤的代替品。釤屬于稀土金屬，價(jià)格昂貴，力爭(zhēng)更換為容易獲得的其他材料。

源自東京工業(yè)大學(xué)的初創(chuàng)企業(yè)Tsubame BHB開(kāi)發(fā)出了以自主催化劑、以低于哈伯-博施法的溫度和氣壓來(lái)合成氨的方法。能使制造設(shè)備比以往更加小型化，容易確保風(fēng)電場(chǎng)附近等設(shè)置場(chǎng)地。計(jì)劃最早在2024年啟動(dòng)商業(yè)運(yùn)行。

如果日本的大型電力公司擁有的所有煤炭火力發(fā)電站將燃料全部改為氨，能使二氧化碳的年排放量減少約2億噸。也就是說(shuō)，能削減日本國(guó)內(nèi)總排放量的約2成。JERA于2021年在愛(ài)知縣的碧南火力發(fā)電站啟動(dòng)了加入氨進(jìn)行發(fā)電的試驗(yàn)。日本政府在能源基本計(jì)劃中，提出在2050年之前使氫和氨成為電力的主要供應(yīng)來(lái)源等的方針。

JERA的碧南火力發(fā)電站

氨在船舶燃料方面的運(yùn)用也受到期待。與電力領(lǐng)域不同，船舶一直以來(lái)難以改變?nèi)剂?。如果不排放二氧化碳的氨的制造技術(shù)得以普及，船舶燃料也就有了更多的脫碳化選項(xiàng)。

日本國(guó)內(nèi)需求到2050年增至30倍

日本資源能源廳的統(tǒng)計(jì)顯示，日本國(guó)內(nèi)的氨需求在發(fā)電等領(lǐng)域?qū)?huì)增加，到2030年將從現(xiàn)在的年108萬(wàn)噸增至300萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到2050年增至3000萬(wàn)噸。存在供應(yīng)跟不上膨脹的需求這一風(fēng)險(xiǎn)。

氨的貿(mào)易量很少。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的資料顯示，全球的原料用氨的產(chǎn)量截至2019年約為2億噸，其中大部分在產(chǎn)地被消費(fèi)，貿(mào)易量?jī)H占約1成。

要應(yīng)對(duì)將來(lái)的需求增加，今后需要建立新的供應(yīng)鏈。同時(shí)還要普及大量制造廉價(jià)且清潔的氨的技術(shù)，否則的話將無(wú)法推廣使用。

對(duì)于將氨作為發(fā)電燃料加以利用，也存在慎重意見(jiàn)。日本自然能源財(cái)團(tuán)的常務(wù)理事大野輝之指出，“由于成本很高，在自然能源正在普及的歐洲，沒(méi)有推進(jìn)關(guān)于氨發(fā)電的研究。日本也應(yīng)將資金投向風(fēng)力發(fā)電和氫等的開(kāi)發(fā)”。

但在日本，對(duì)氨發(fā)電的期待比較大。日本作為島國(guó)，與歐洲不同，難以與其他國(guó)家進(jìn)行電力互通等，如果可再生能源普及，存在電力供求關(guān)系崩潰、停電風(fēng)險(xiǎn)提高的可能。如果發(fā)電量穩(wěn)定的氨發(fā)電得到普及，就能兼顧減排和電源穩(wěn)定。

此外，還有一個(gè)情況在于，日本適合太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電的地點(diǎn)較少。為了實(shí)現(xiàn)日本政府提出的到2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放的目標(biāo)，仍需要開(kāi)發(fā)和普及氨制造技術(shù)。　

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關(guān)鍵詞： 制造技術(shù)