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氨!既能儲氫,又是零碳燃料

2022-01-20 來源:中國能源報 瀏覽數:492

據介紹,氨本身是一種零碳化合物,同時能量密度很高,是液氫的1.5倍。在化學性質方面,氨的液化溫度只有零下33攝氏度,非常容易液化,與之相比,氫液化溫度則需要降至零下253攝氏度左右,無論是車輛運輸還是管道運輸,液氨的難度都相對更低。

 據介紹,氨本身是一種零碳化合物,同時能量密度很高,是液氫的1.5倍。在化學性質方面,氨的液化溫度只有零下33攝氏度,非常容易液化,與之相比,氫液化溫度則需要降至零下253攝氏度左右,無論是車輛運輸還是管道運輸,液氨的難度都相對更低。

氫能除了面臨成本挑戰之外,還面臨儲運難題。因此,國內外開始將氨作為氫的儲運介質進行研究。值得注意的是,除了作為氫能載體,氨還是一種零碳燃料。據介紹,氨和氧的燃燒反應產物為水和氮氣,氮氣約占空氣78%,因此氨的燃燒過程實現了零碳排放。

澳大利亞工程院院士程一兵表示,氨作為一種零碳燃料,對硅酸鹽建材和火力發電行業實現降碳目標具有重要的意義。據分析,到2050年、2060年即便全球實現碳中和,仍然有接近1/4的能源要依賴燃料,包括海運、長途重載汽車、煉鋼、高溫工業制造、航空等,因此需要氨燃料進行含碳燃料的替代。 

氨氫能源融合項目加速布局

基于氨的上述特性,業內開始追求氨氫能源融合,打造氫能儲運新體系。此外,國內外還開始將氨氫混燒燃料作為重要的減碳途徑之一。

近年來,能源資本開始大舉進入綠氨行業。資料顯示,發動機企業康明斯、氫燃料電池龍頭企業普拉格等都開始打造氨氫供應鏈。據美國媒體《市場觀察》報道,2021年11月,普拉格獲得埃及訂單,為年產9萬噸的綠氨提供10萬千瓦的電解設備,生產的綠氨將被作為富氫燃料使用。

2020年,美國最大氣體產品和化工公司在沙特聯合開發400萬千瓦的制氫項目,建設綠氫工廠,項目總投資達50億美元,是迄今為止宣布的全球最大氫能項目。投產后,工廠每天生產650噸綠氫,可為2萬輛氫燃料公共汽車提供動力。為了便于運輸和出口,該廠還將應用“氫氨轉換技術”,屆時還能生產120萬噸/年的氨,終端用戶再將氨轉為氫,預計到2025年可正式生產氨。

2021年,全球最大氨生產商挪威Yara國際公司與挪威可再生能源巨頭Statkraft以及可再生能源投資公司Aker Horizons宣布要在挪威建立歐洲第一個大規模的綠色氨項目。

此外,日本也高度重視氨燃料產業鏈布局。廈門大學能源學院教授王兆林介紹稱,在日本,氨燃料技術的研發與測試已持續多年。日本煤電的降碳方案之一,就是開始大幅度向煤、氨氫混燒邁進,目前,技術水平現已達到商用規模。根據日本經濟產業省公布的數據,到2030年,日本的發電用燃料中氫和氨將各占10%,到2050年,將在全球建成1億噸規模的氨供應鏈網絡。

 氨儲氫供氫代氫是重要方向

王兆林強調,我國有非常成熟的氨運輸和分配體系,氨更安全、更易儲運,且同體積的液氨比液氫多至少60%的氫,經濟性優勢凸顯,因此以氨儲氫、供氫、代氫是氫能的發展趨勢之一。

“目前,高壓儲氫罐成本約為60萬/個,液氫儲運設備成本為120-150萬元/套。由于氨的儲運體系成熟,儲罐成本相較于氫低約50倍。同時,氨的儲運能耗及損失比氫低很多,同樣距離和輸送條件下,氨相比天然氣可輸送多的能量還要多一倍,現有天然氣管道稍加改造即可用于輸送氨。”王兆林表示。

程一兵也認為,氫氨融合是國際清潔能源的前瞻性、顛覆性、戰略性的技術發展方向,是解決氫能發展重大瓶頸的有效途徑,同時也是實現高溫零碳燃料的重要技術路線。但需要注意的是,盡管國外已逐步開展氨氫融合應用項目,但國內的研究與應用仍較少。

上述專家提醒,落實到具體應用層面,氨燃料仍存在技術挑戰。首先,氨燃燒速度和熱值較低,且遠低于氫,不利于高效率的工業應用,其次,氨不太容易點燃和實現穩定燃燒。 此外,實現大規模的氨氫轉換與儲運,需要在大容量儲運設備、催化劑等方面進行進一步技術攻關。

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氫能 新能源
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