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本文2562字，阅读约需6分钟 摘 要：在实现碳中和方面，如果能够使用氢（H）作为燃料，则可以避免能源资源供应的风险，也有助于实现脱碳化。但是目前，氢成本较高，而且仅靠日本国内的生产量很难满足氢需求，因此目前主要是从海外采购。本文将介绍3种竞争激烈的降低氢成本方式。 关键字：氢能、氢成本、氢混烧、蓝氢、液态氢、氨化、MCH化 近日，日本政府内阁会议审议通过了《第六次能源基本计划》。在该计划中，“氢”首次被列为主要能源之一。 日本为什么迫切希望实现氢能社会呢？其理由很简单，日本国内的能源资源匮乏，但是，氢却以“水=H2O”的方式随处可见，而且燃烧后不产生CO2，属于可储藏能源。因此，日本在氢研究方面有着悠久的历史，处于世界前列。 同时，根据日本经济产业省资源能源厅的估算，氢在日本国内供给量（2017年）约为0.02万吨，但到2030年将急剧扩大1000倍以上达到30万吨，到2050年将达到1000万吨。通过向现有的煤炭/LNG（液化天然气）火力发电燃料中加入数十个百分点的氢进行“混烧”，有望削减CO2并扩大氢的消费量，从而降低价格。 因此，预计氢价格将从目前的100日元（约5.62元）/Nm3降低到2030年的30日元（约1.69元）/Nm3、2050年的20日元（约1.12元）/Nm3。顺便说一下，2017年日本的LNG进口量为8500万吨，价格为16日元（约0.90元）/Nm3。
全球首个用于液氢运输船的“海上运输用液化氢罐”完成安装 （图片：HySTRA） 那么，如何稳定地采购大量廉价氢呢？大多数人认为，“日本四面环海，在近海区域设置风力发电设备，再将得到的电力用以海水电解，便可制造氢气。”但目前的状况是海上风力发电设备的安装和运行成本都非常高，表面上利用该方式获得的电力既环保又廉价，但综合起来考虑的话，这种方式是非常不合算的。现实的路径应该是从日本海外采购来源于化石燃料的廉价氢，以此为契机，扩大日本国内的氢市场，为即将到来的“理想的氢气自给自足”做足准备。 日本已经开始对三种主要方式进行实用化试验，重点是“利用几乎零成本的化石燃料制造蓝氢”。 在高温高压下处理主要成分为氢和碳（C）的煤、石油以及天然气后，可以以较低成本提取出氢气，这种方式与水电解相比，成本更低。而且，如果能够使用此前作为废弃物而未得到利用的油物质、气体物质或是廉价的褐煤作为原料，则其价格会进一步降低。 该方式虽会排放大量CO2，但可以采用CCS/CCUS（CO2捕获与封存/CO2捕获、利用与封存）技术，暂时将其注入地下深处进行封存，未来以此为原料合成作为水泥原料的碳酸钙（固体）和沼气等，或在大规模蔬菜种植工厂用作“植物肥料”等以实现再利用。但归根结底，重要的是要使该方法实现盈利。 以下对正在实用化试验中的3种方式展开介绍。 该构想是以产自澳大利亚东南部的丰富褐煤为原料制造氢，并当地制得的氢进行液化，再通过专用大型油轮将液态氢运送到日本。在日本“无二氧化碳氢能源供应链技术研究联盟（HySTRA）”的领导下，川崎重工业、岩谷产业、壳牌日本、J-Power、丸红、ENEOS、川崎汽船也参与到该项目中。全球首艘液态氢运输专用大型油轮“SUISO FRONTIER”号（约8000吨）已竣工，当地的气化、液化设备也开始运转。如此大规模的液态氢运输实验尚属全球首次。
液态氢运输船“SUISO FRONTIER”号的到岸试验情况 （图片：HySTRA）
澳大利亚褐煤气化与氢精炼实证设备 （图片：HySTRA、J-POWER/J-POWER Latrobe Valley） “褐煤”是煤化程度最低的煤，热量低于普通煤，含有30~60%的水分，存在干燥后会自燃等缺点，因此国际交易很少，基本均用于本国的火力发电。但是褐煤价格只有煤炭的十分之一左右，十分低廉。 为提高运输效率，将氢气冷却至零下253℃后进行液化，并将体积压缩到800分之一后输送。运输到日本后再次气化，用以发电和FCV（燃料电池汽车）。 澳大利亚作为日本的准同盟国，能源路线在地缘政治学上完全不经过波斯湾和南海等地区，因此在安全保障方面益处颇多。 从产油大国沙特阿拉伯的炼油厂排放的残渣油（成分差的残渣油类）和从油田排放的副产气体（产出量和成分不稳定）几乎都是废弃物。这些残渣油和副产气体等价格低，因此以此为原料提取氢气，并使氢气与氮（N从大气中提取）反应以合成氨（NH3）。NH3通常为气体，在约零下33℃时会液化，冷却过程中不会耗费太多成本，而且可压缩至1300分之1，因此作为“氢载体（运送氢分子的物质）”非常有吸引力。 氨虽然有强烈的刺鼻气味、剧毒和腐蚀性，处理过程中要十分注意，但氨本身早已在世界范围内被广泛用作肥料和各种工业的原料，现有基础设施基本完善，同时，对于氨的处理技术也十分成熟，因此有利于构建其供应链。另外，氨具有良好的燃烧性，可以直接用作燃料，而且不排放CO2（NH3+O2＝H2O+NOx），还可以应用于现有煤炭火力发电厂的“混烧”，或用作氨专烧火力发电的燃料。 沙特阿拉伯国营石油公司沙特阿美（Saudi Aramco）、日本能源经济研究所（IEEJ）、三菱商事、日挥、三菱重工业、宇部兴产等参与到该项目中，目前已在全球首次实现利用专用油轮向日本输送大量液氨。 到目前为止，由东南亚国家文莱的气田生产的大部分未利用碳氢化合物气体（其成分与主要天然气不同，属于杂质）被视为废弃物。着眼于这种未利用的气体，通过使涂料等中使用的甲苯（C7H8）与氢反应而合成MCH（甲基环乙烷：C7H14），氢实际被压缩到500分之1。利用这种方式，将MCH作为氢载体，再通过专用油轮运输到日本。 MCH的优点是通常情况下为液体，与上述两种方式相比，最大的优势在于无冷却成本。但是，MCH的原料甲苯有剧毒，运输到日本后再将MCH分解（脱氢）成原来的氢和甲苯的成本非常高（甲苯重新运输回文莱再利用），因此存在耗时且能源效率差的缺点。 三菱商事、日本邮船、千代田化工建设、三井物产等多家日本企业组成了“新一代氢能源链技术研究协会（AHEAD）”，从2020年持续开展全球首个包括从制造到运输一系列流程的国际供应链实证实验。 综上所述，3种方式是国际氢供应链的有力候选，但也有业界相关人士表示：“就像以前的VHS与Beta格式大战一样，最终要看到底是哪种方式能掌握事实上的标准”，而对于3种方式的争论也是暗潮涌动。 今年10月成立的岸田政府新设立了“经济安全保障担当大臣”一职，考虑到中美对立，日本开始在为应对最尖端技术外流等“经济战争”采取行动，但经济安全的第一要素仍是能源，预计今后氢能将发展为能源的主轴。虽然日本目前在氢能领域暂居领先地位，但中国、欧盟、韩国等国家投入了大量的资金以卷土重来也是不争的事实。 翻译：史海燕 审校：李 涵 贾陆叶 统稿：李淑珊  ●日本氢能项目进展！三菱重工、川崎重工、岩谷产业、ENEOS、日挥和旭化成、JERA、关西电力…… ●氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性（五）——NH3社会实施的可能性及其意义 ●氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性（十）完结篇——SIP“能源载体”项目回顾 |
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