相比氫能，氨能安全低價(jià)，便于液化和運(yùn)輸文|劉丁原本將氫能作為“王牌”的日本政府，正引入氨能，希望將發(fā)電廠和船舶的燃料替換成氨，憑借燃燒技術(shù)突破，以更低的成本實(shí)現(xiàn)碳中和。在2021年10月發(fā)布的第六版能源戰(zhàn)略計(jì)劃中，日本政府首次引入氨能，提出

相比氫能，氨能安全低價(jià)，便于液化和運(yùn)輸

文 | 劉丁

原本將氫能作為“王牌”的日本政府，正引入氨能，希望將發(fā)電廠和船舶的燃料替換成氨，憑借燃燒技術(shù)突破，以更低的成本實(shí)現(xiàn)碳中和。

在2021年10月發(fā)布的第六版能源戰(zhàn)略計(jì)劃中，日本政府首次引入氨能，提出到2030年，利用氫和氨所生產(chǎn)出的電能將占日本能源消耗的1%。

《能源戰(zhàn)略計(jì)劃》是日本政府根據(jù)2002年6月生效的《能源政策基本法》制定的政策，此后日本政府持續(xù)發(fā)布此文件的更新版本，披露其能源政策的方向。

在2018年發(fā)布的第五版能源戰(zhàn)略計(jì)劃中，日本政府提出，將氫能打造成日本的“王牌”，當(dāng)時(shí)并未提及氨能。

第六版計(jì)劃中提到的2030年1%目標(biāo)，主要是指在發(fā)電領(lǐng)域，將氫和氨用作燃料，與天然氣或煤粉等混燒發(fā)電。

日本政府于2020年10月宣布，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。第六版計(jì)劃中提到，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，占排放量80%的能源部門(mén)必須努力改變，火電廠要優(yōu)先使用零碳的氫、氨燃料替代煤炭等化石燃料。

日本計(jì)劃首先采用混燒技術(shù)，比如30%的氫加70%的天然氣，或者20%的氨加80%的煤粉，之后逐步提升氨和氫的混燒比例，計(jì)劃到2050年實(shí)現(xiàn)100%的氨、氫燃燒發(fā)電。

第六版計(jì)劃還要求火電廠利用將二氧化碳從排放源中分離、捕集、利用或封存的技術(shù)（CCUS）來(lái)實(shí)現(xiàn)減排。

日本產(chǎn)業(yè)界也正展開(kāi)行動(dòng)。

2021年10月，日本電力巨頭JERA的氨能混燒示范項(xiàng)目在其日本愛(ài)知縣碧南市的火電廠首次點(diǎn)火啟動(dòng)。

根據(jù)計(jì)劃，此項(xiàng)目的氨燃料混燒比例到2024年將提高到20%，到2050年將實(shí)現(xiàn)100%。

JERA在2021年11月中旬宣布，計(jì)劃在未來(lái)2-3年內(nèi)，每年采購(gòu)50萬(wàn)噸氨，用于混燒發(fā)電。

供應(yīng)鏈方面的行動(dòng)也已展開(kāi)，日本希望從澳大利亞獲取“綠氨”（用可再生能源制造的氨氣）。

挪威化肥巨頭雅苒國(guó)際（Yara International）2021年7月宣布，將于2023年在澳大利亞試生產(chǎn)綠氨，并計(jì)劃將其銷(xiāo)售給日本的發(fā)電廠。

除了可用做發(fā)電廠的燃料，氨能還可用于航運(yùn)業(yè)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪船的燃?xì)廨啓C(jī)，也可以采用氨能作為燃料。

雅苒國(guó)際出資建造的全球第一艘用氨能驅(qū)動(dòng)的貨船雅苒·伯克蘭號(hào)，剛剛于11月22日下水首航。

12月8日，日本川崎汽船與新來(lái)島造船合作開(kāi)發(fā)的氨燃料船概念設(shè)計(jì)，獲得了日本船級(jí)社的原則性批準(zhǔn)。

氫能的高成本

日本第六版能源戰(zhàn)略計(jì)劃提出，2030年氫能在能源結(jié)構(gòu)中的占比要達(dá)到11%，這主要指的是氫能在汽車(chē)、家庭、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

日本政府2017年提出要建設(shè)氫能社會(huì)之后，推出了氫燃料電池汽車(chē)，加氫站，還嘗試了利用氫能給居民住宅供應(yīng)暖氣和熱水。在工業(yè)領(lǐng)域，氫能產(chǎn)生的熱值高，因此適用于有高溫?zé)嵝枨蟮墓I(yè)部門(mén)。

第六版計(jì)劃中也指出，日本非電力部門(mén)應(yīng)該通過(guò)使用脫碳電源供電，如果是有高溫?zé)嵝枨蟮牟块T(mén)，無(wú)法使用脫碳電源，那應(yīng)該優(yōu)先使用氫氣、合成甲烷或合成燃料，替代化石能源，以促進(jìn)脫碳。

但是，由于氫能源成本高昂，在汽車(chē)領(lǐng)域的推廣并不順利。

2021年初，日產(chǎn)宣布暫停與戴姆勒及福特開(kāi)發(fā)燃料電池車(chē)的合作計(jì)劃，將力量集中于發(fā)展鋰電池電動(dòng)車(chē)。6月，本田也宣布停產(chǎn)旗下的氫能源車(chē)型，主要原因是成本過(guò)高導(dǎo)致銷(xiāo)量慘淡。

豐田此前大力研發(fā)推廣氫能源車(chē)型，其總裁豐田章男曾公開(kāi)表示對(duì)鋰電池電動(dòng)車(chē)持保留態(tài)度。但豐田在12月14日發(fā)布的全球電動(dòng)車(chē)戰(zhàn)略中，卻宣布將在2030年之前投入30款包括鋰電池電動(dòng)車(chē)、氫能源電動(dòng)車(chē)等在內(nèi)的電動(dòng)車(chē)型，并且將雷克薩斯品牌轉(zhuǎn)型為純電動(dòng)車(chē)品牌。

這意味著豐田不再把賭注全部壓在氫能源上。

氨能的低價(jià)與可靠

雖然氫能源擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但難以?xún)?chǔ)存和運(yùn)輸。

氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄露，對(duì)儲(chǔ)存容器要求高，并且氫氣非常活潑，與空氣混合后很容易發(fā)生燃燒和爆炸。

如果遠(yuǎn)距離運(yùn)輸氫，需要將其液化，在常壓狀態(tài)下，需要將其溫度降低到-235攝氏度以下，能耗較高。如果以管道運(yùn)輸，則需要克服純氫以及摻氫的氣體給管道帶來(lái)的安全隱患，攻克氫氣管道的材料難題。

于是，氨進(jìn)入視野。

氨是由一個(gè)氮原子和三個(gè)氫原子組成的化合物，是天然的儲(chǔ)氫介質(zhì)；在常壓狀態(tài)下，只需要將溫度降低到-33攝氏度，就能夠?qū)币夯阌诎踩\(yùn)輸。目前全球八成以上的氨被用于生產(chǎn)化肥，這讓氨擁有著完備的貿(mào)易、運(yùn)輸體系。理論上，可以用可再生能源生產(chǎn)氫，再將氫轉(zhuǎn)換為氨，運(yùn)輸?shù)侥康牡亍?/p>

這樣的事情已在澳大利亞發(fā)生——利用太陽(yáng)能發(fā)電，用電能將水中的氫提取出來(lái)，再將氫轉(zhuǎn)換為氨，液化之后，船運(yùn)到日本的電廠。

但是，氨運(yùn)輸?shù)侥康牡睾螅匀幻媾R至少兩個(gè)挑戰(zhàn)。

第一，如果將氨轉(zhuǎn)換為氫，其轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)造成能量損耗，另外，也需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的大容量設(shè)備、純化技術(shù)等。

第二，如果直接將氨作為燃料，則需要克服氨不容易燃燒的缺陷。氨燃燒的產(chǎn)物是水和氮，不造成碳排放，但是氨的燃燒速度低于氫，發(fā)熱量也低于氫和天然氣，將其點(diǎn)燃并持續(xù)穩(wěn)定燃燒比較困難。

氨能的技術(shù)突破

日本在氨直接燃燒方面已取得顯著進(jìn)展。

日本政府在2014年啟動(dòng)了日本重振戰(zhàn)略，撥付了500億日元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)（約25億元人民幣），設(shè)立了10個(gè)多部門(mén)聯(lián)動(dòng)的戰(zhàn)略性創(chuàng)新研究項(xiàng)目，其中能源載體項(xiàng)目下的氨直接燃燒課題已形成許多成果。

此課題由日本東北大學(xué)流體科學(xué)教授小林秀昭負(fù)責(zé)，參與單位包括：日本大阪大學(xué)，日本國(guó)立研究機(jī)構(gòu)“產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所”（AIST），三菱重工，三菱日立電力，豐田，以及日本燃?xì)廨啓C(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、軍艦制造商IHI公司，日本工業(yè)氣體和空分設(shè)備制造商大陽(yáng)日酸公司等。

2018年，此課題組展示了可以抑制一氧化氮產(chǎn)生的新型氨氣燃燒技術(shù)，核心工藝是將氨氣與空氣攪渾，形成旋渦狀燃燒。燃燒氨雖不排碳，但會(huì)產(chǎn)生氮氧化物，也會(huì)污染大氣，因此這項(xiàng)技術(shù)意義重大。

課題組還實(shí)現(xiàn)了20%氨氣和80%天然氣在2000kW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)中的穩(wěn)定混燒。

2019年，課題組開(kāi)發(fā)了一種將液態(tài)氨直接噴到燃燒器上以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的技術(shù)。此前，為了向燃?xì)廨啓C(jī)中壓入大量的氨氣，不得不采用諸如蒸發(fā)器之類(lèi)的輔助設(shè)備，而新技術(shù)則不需要此類(lèi)設(shè)備，從而降低了成本。

2021年3月，課題組成功實(shí)現(xiàn)了70%的液氨在2000kW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)中的穩(wěn)定燃燒，并能同時(shí)抑制產(chǎn)生氮氧化物。

參與此課題的IHI公司表示，有信心在2025年之前實(shí)現(xiàn)氨燃?xì)廨啓C(jī)商業(yè)化，2021年10月啟動(dòng)的JERA氨能發(fā)電示范項(xiàng)目，就是IHI公司與JERA合作而來(lái)；

三菱重工則正開(kāi)發(fā)4萬(wàn)kW級(jí)的100%氨專(zhuān)燒燃?xì)廨啓C(jī)，計(jì)劃在2025年以后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，引入發(fā)電站。

發(fā)電領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域是碳排放的主要來(lái)源，如果氨能源能夠替代化石能源，成為新型燃料，將大大有助于日本實(shí)現(xiàn)2050年碳中和的目標(biāo)。

（作者為《財(cái)經(jīng)》研究員，《財(cái)經(jīng)》記者馬霖對(duì)此文亦有貢獻(xiàn)，編輯：馬克）