在作為脫碳化燃料而受到關注的氨領域，企業(yè)正在加強開發(fā)新的制造技術。日本大阪燃氣等出資的美國新興企業(yè)開發(fā)低壓制造技術。此外，出光興產將在2024年之前驗證把生產成本抑制在約一半的技術。氨的制造目前仍以約100年前確立的方法為主，但也在不斷推進轉向更為清潔和廉價的制造技術。

在美國科羅拉多州的首府丹佛，挑戰(zhàn)新一代氨制造技術開發(fā)的美國初創(chuàng)企業(yè)Starfire Energy的研究所坐落于此。該公司開發(fā)了所需壓力僅為此前約1/10的制造技術，目前具備每天100公斤的產能，力爭今后進一步實現(xiàn)大型化。

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

當前，氨的制造主要采用20世紀初期開發(fā)的“哈伯-博施法（HB法）”。通過合成以化石燃料制成的氫氣和空氣中的氮來制造。

不過，在中間階段制造氫時會排放大量二氧化碳，而且合成氫和氮時需要攝氏400~600度、100~300個標準大氣壓的條件，消耗大量的能源。據(jù)悉氨制造過程中的二氧化碳排放量占到全球整體的3％。

目前對于制造過程的脫碳化，將制造氫氣時排放的二氧化碳封存于地下的“藍氨”和使用以太陽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生反應。生產設備形成將多種零部件組合起來的“模塊化”，可安裝在風電場等附近，有效利用可再生能源電力，能高效生產氨。

源自可再生能源的電力受氣象影響，發(fā)電量容易波動，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采用的機制是利用相關設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，利用這個方法，可使氨制造過程中的二氧化碳排放量減為零。該公司CEO John LoPorto強調稱，“氨對于美國的電力公司來說將成為改變規(guī)則的燃料”。能夠以低于美國市場價的價格制造氨。到2025年將以商用規(guī)模面向發(fā)電和船舶的燃料等啟動供貨。向該公司出資的大阪燃氣在技術方面提供支援。

日本的大型企業(yè)也致力于開發(fā)氨的制造方法。

出光興產攜手東芝和日產化學等，力爭在2024年之前開發(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，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個大氣壓進行制造。力爭使制造時的成本和二氧化碳排放量比現(xiàn)有技術減少一半。

如果采用廉價的可再生能源電力，能夠將包括運輸費等在內的氨發(fā)電成本，降至每千瓦時20日元以下，低于燃氣火力發(fā)電。

出光興產等改進東京大學教授西林仁昭的研發(fā)團隊開發(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，對加入催化劑等的水進行電解，注入空氣就能形成氨。在日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）的“綠色創(chuàng)新基金事業(yè)”當中，被采納為制造氨的新方法。

東京大學西林教授等開發(fā)的氨合成設備

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

源自東京工業(yè)大學的初創(chuàng)企業(yè)Tsubame BHB開發(fā)出了以自主催化劑、以低于哈伯-博施法的溫度和氣壓來合成氨的方法。能使制造設備比以往更加小型化，容易確保風電場附近等設置場地。計劃最早在2024年啟動商業(yè)運行。

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，能削減日本國內總排放量的約2成。JERA于2021年在愛知縣的碧南火力發(fā)電站啟動了加入氨進行發(fā)電的試驗。日本政府在能源基本計劃中，提出在2050年之前使氫和氨成為電力的主要供應來源等的方針。

JERA的碧南火力發(fā)電站

氨在船舶燃料方面的運用也受到期待。與電力領域不同，船舶一直以來難以改變燃料。如果不排放二氧化碳的氨的制造技術得以普及，船舶燃料也就有了更多的脫碳化選項。

日本國內需求到2050年增至30倍

日本資源能源廳的統(tǒng)計顯示，日本國內的氨需求在發(fā)電等領域將會增加，到2030年將從現(xiàn)在的年108萬噸增至300萬噸。預計到2050年增至3000萬噸。存在供應跟不上膨脹的需求這一風險。

氨的貿易量很少。日本經濟產業(yè)省的資料顯示，全球的原料用氨的產量截至2019年約為2億噸，其中大部分在產地被消費，貿易量僅占約1成。

要應對將來的需求增加，今后需要建立新的供應鏈。同時還要普及大量制造廉價且清潔的氨的技術，否則的話將無法推廣使用。

對于將氨作為發(fā)電燃料加以利用，也存在慎重意見。日本自然能源財團的常務理事大野輝之指出，“由于成本很高，在自然能源正在普及的歐洲，沒有推進關于氨發(fā)電的研究。日本也應將資金投向風力發(fā)電和氫等的開發(fā)”。

但在日本，對氨發(fā)電的期待比較大。日本作為島國，與歐洲不同，難以與其他國家進行電力互通等，如果可再生能源普及，存在電力供求關系崩潰、停電風險提高的可能。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，還有一個情況在于，日本適合太陽能和風力發(fā)電的地點較少。為了實現(xiàn)日本政府提出的到2050年實現(xiàn)溫室氣體凈零排放的目標，仍需要開發(fā)和普及氨制造技術。　

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關鍵詞： 制造技術