中國儲能網訊：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，憑借燃燒技術突破，以更低的成本實現碳中和。
在2021年10月發(fā)布的第六版能源戰(zhàn)略計劃中，日本政府首次引入氨能，提出到2030年，利用氫和氨所生產出的電能將占日本能源消耗的1%。
《能源戰(zhàn)略計劃》是日本政府根據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)略計劃中，日本政府提出，將氫能打造成日本的“王牌”，當時并未提及氨能。
第六版計劃中提到的2030年1%目標，主要是指在發(fā)電領域，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年實現碳中和。第六版計劃中提到，為了實現這個目標，占排放量80%的能源部門必須努力改變，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。
日本計劃首先采用混燒技術，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，計劃到2050年實現100%的氨、氫燃燒發(fā)電。
第六版計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（CCUS）來實現減排。
日本產業(yè)界也正展開行動。
2021年10月，日本電力巨頭JERA的氨能混燒示范項目在其日本愛知縣碧南市的火電廠首次點火啟動。
根據計劃，此項目的氨燃料混燒比例到2024年將提高到20%，到2050年將實現100%。
JERA在2021年11月中旬宣布，計劃在未來2-3年內，每年采購50萬噸氨，用于混燒發(fā)電。
供應鏈方面的行動也已展開，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際（Yara International）2021年7月宣布，將于2023年在澳大利亞試生產綠氨，并計劃將其銷售給日本的發(fā)電廠。
除了可用做發(fā)電廠的燃料，氨能還可用于航運業(yè)，因為驅動輪船的燃氣輪機，也可以采用氨能作為燃料。
雅苒國際出資建造的全球第一艘用氨能驅動的貨船雅苒·伯克蘭號，剛剛于11月22日下水首航。
12月8日，日本川崎汽船與新來島造船合作開發(fā)的氨燃料船概念設計，獲得了日本船級社的原則性批準。
氫能的高成本
日本第六版能源戰(zhàn)略計劃提出，2030年氫能在能源結構中的占比要達到11%，這主要指的是氫能在汽車、家庭、工業(yè)等領域的應用。
日本政府2017年提出要建設氫能社會之后，推出了氫燃料電池汽車，加氫站，還嘗試了利用氫能給居民住宅供應暖氣和熱水。在工業(yè)領域，氫能產生的熱值高，因此適用于有高溫熱需求的工業(yè)部門。
第六版計劃中也指出，日本非電力部門應該通過使用脫碳電源供電，如果是有高溫熱需求的部門，無法使用脫碳電源，那應該優(yōu)先使用氫氣、合成甲烷或合成燃料，替代化石能源，以促進脫碳。
但是，由于氫能源成本高昂，在汽車領域的推廣并不順利。
2021年初，日產宣布暫停與戴姆勒及福特開發(fā)燃料電池車的合作計劃，將力量集中于發(fā)展鋰電池電動車。6月，本田也宣布停產旗下的氫能源車型，主要原因是成本過高導致銷量慘淡。
豐田此前大力研發(fā)推廣氫能源車型，其總裁豐田章男曾公開表示對鋰電池電動車持保留態(tài)度。但豐田在12月14日發(fā)布的全球電動車戰(zhàn)略中，卻宣布將在2030年之前投入30款包括鋰電池電動車、氫能源電動車等在內的電動車型，并且將雷克薩斯品牌轉型為純電動車品牌。
這意味著豐田不再把賭注全部壓在氫能源上。
氨能的低價與可靠
雖然氫能源擁有諸多優(yōu)點，但難以儲存和運輸。
氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄露，對儲存容器要求高，并且氫氣非?；顫姡c空氣混合后很容易發(fā)生燃燒和爆炸。
如果遠距離運輸氫，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。如果以管道運輸，則需要克服純氫以及摻氫的氣體給管道帶來的安全隱患，攻克氫氣管道的材料難題。
于是，氨進入視野。
氨是由一個氮原子和三個氫原子組成的化合物，是天然的儲氫介質；在常壓狀態(tài)下，只需要將溫度降低到-33攝氏度，就能夠將氨液化，便于安全運輸。目前全球八成以上的氨被用于生產化肥，這讓氨擁有著完備的貿易、運輸體系。理論上，可以用可再生能源生產氫，再將氫轉換為氨，運輸到目的地。
這樣的事情已在澳大利亞發(fā)生——利用太陽能發(fā)電，用電能將水中的氫提取出來，再將氫轉換為氨，液化之后，船運到日本的電廠。
但是，氨運輸到目的地后，仍然面臨至少兩個挑戰(zhàn)。
第一，如果將氨轉換為氫，其轉換過程會造成能量損耗，另外，也需要開發(fā)專門的大容量設備、純化技術等。
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，將其點燃并持續(xù)穩(wěn)定燃燒比較困難。
氨能的技術突破
日本在氨直接燃燒方面已取得顯著進展。
日本政府在2014年啟動了日本重振戰(zhàn)略，撥付了500億日元的研發(fā)經費（約25億元人民幣），設立了10個多部門聯(lián)動的戰(zhàn)略性創(chuàng)新研究項目，其中能源載體項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流體科學教授小林秀昭負責，參與單位包括：日本大阪大學，日本國立研究機構“產業(yè)技術綜合研究所”（AIST），三菱重工，三菱日立電力，豐田，以及日本燃氣輪機、渦扇發(fā)動機、軍艦制造商IHI公司，日本工業(yè)氣體和空分設備制造商大陽日酸公司等。
2018年，此課題組展示了可以抑制一氧化氮產生的新型氨氣燃燒技術，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，但會產生氮氧化物，也會污染大氣，因此這項技術意義重大。
課題組還實現了20%氨氣和80%天然氣在2000kW級燃氣輪機中的穩(wěn)定混燒。
2019年，課題組開發(fā)了一種將液態(tài)氨直接噴到燃燒器上以實現穩(wěn)定燃燒的技術。此前，為了向燃氣輪機中壓入大量的氨氣，不得不采用諸如蒸發(fā)器之類的輔助設備，而新技術則不需要此類設備，從而降低了成本。
2021年3月，課題組成功實現了70%的液氨在2000kW級燃氣輪機中的穩(wěn)定燃燒，并能同時抑制產生氮氧化物。
參與此課題的IHI公司表示，有信心在2025年之前實現氨燃氣輪機商業(yè)化，2021年10月啟動的JERA氨能發(fā)電示范項目，就是IHI公司與JERA合作而來；
三菱重工則正開發(fā)4萬kW級的100%氨專燒燃氣輪機，計劃在2025年以后實現商業(yè)化，引入發(fā)電站。
發(fā)電領域、工業(yè)領域是碳排放的主要來源，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現2050年碳中和的目標。
作者為《財經》研究員，《財經》記者馬霖對此文亦有貢獻
