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本文2625字，阅读约需7分钟 摘 要：利用燃烧时不会产生二氧化碳的氨进行发电的趋势正在加速。从2021年10月开始，日本最大的燃煤火力发电厂将氨作为代替煤炭的脱碳燃料，进行燃烧实验。日本经济产业省计划投入多达700亿日元（约39.22亿元），用以在2030年之前确立纯氨发电技术。氨能成为脱碳的王牌吗？ 关键字：氨发电、脱碳、绿氨制造、混合燃烧、氨供应网络 目录 何为氨发电？ 世界首次燃烧试验启动 普及方面的课题 始于产油国的绿氨制造 日本将构建稳定的供应网络 日本政府于今年10月内阁会议通过第6次能源基本计划，首次将氢和氨发电方案纳入电力来源构成。 氨是由氢和氮组成的化合物，燃烧时只会生成氮和水。
在现有的燃煤火力发电厂中，如果将氨与粉末状的煤混合燃烧，就可以减少二氧化碳的排放量，因此这种作为替代燃煤火力的新发电方式备受期待。 但是，氢在燃烧时也不会排放CO2，为什么要选择使用氨呢？氢的沸点是-252.6℃，而氨的沸点是-33℃。也就是说，氨更容易液化，便于操作。另外，氨的运输和储存基础设施也很完善。而且，氨的制造技术已经成熟，作为化学肥料的原料和树脂、杀虫剂、火药的原料，日本每年要使用约108万吨（2019年）的氨。因此氨比氢气更实用，如果直接将其用于火力发电，会具有很大的优势。 为实现从煤炭向氨燃料的转换，日本于2021年10月开始进行氨发电的实证试验。由东京电力控股公司和中部电力公司共同出资的JERA，与大型机械制造商IHI合作，在日本最大的燃煤火力发电站——碧南燃煤火力发电站（发电功率800万kW）进行了该发电规模下世界首次燃烧实验。
碧南火力发电站（爱知县碧南市） 来源：IHI JERA计划首先从少量的混烧开始，到2024年度将氨的混烧比例提高到20%，以减少CO2的排放。以2050年达成碳中和的目标，致力于实现100%氨专烧火力发电。 另一方面，气态的氨不仅可以替代煤炭，还有望作为天然气的替代燃料。 为实现100%氨专烧燃气轮机的实用化，三菱重工正在开发4万kW级的燃气轮机。氨在燃烧时虽然不会产生CO2，但是会产生有害的氮氧化物（NOx）。为解决这一课题，三菱重工通过调整空气量来抑制NOx的产生，计划在2025年以后实现实用化，并引入发电站。
4万kW级氨燃气轮机 来源：三菱重工 在氨发电技术方面，日本处于领先地位，因为在海外有发展空间，因此日本政府也计划加大支持力度。从促进脱碳技术开发与普及的2万亿日元（约1120.6亿元）国家基金中，经济产业省将最多投入700亿日元，致力于在2030年确立100%氨发电技术，并在2040年实现其实用化。 日本加快氨发电步伐的背景是国际上对火力发电，尤其是高碳排放量的燃煤发电的批判日益高涨。 日本也计划在2030年前淘汰效率低下的煤炭火力，目前还有150座（截至2020年7月）火力发电厂，占电力来源的32%。另外，因火力发电具有对因天气等输出不稳定的可再生能源的调节作用，到2030年也会保留占电力来源19%的火力发电。 因此，为了在充分利用现有煤炭火力的同时尽可能减少CO2排放量，氨发电的实用化迫在眉睫。而且，如果能够确立氨发电的技术，就可以向高度依赖煤炭火力的亚洲各国出口，增大削减CO2排放量的可能性。但是，在普及方面还有许多课题尚未解决。 第一个课题是供给量的问题。 世界氨生产量每年为2亿吨左右，贸易量却仅为2000万吨，日本的消费量约为108万吨。然而，如果在1座燃煤机组中混入20%的氨，一年就需要50万吨氨，仅2座机组就相当于现在全日本的消费量。仅靠日本国内生产是无法满足需求的，为了稳定供应，需要构建世界性的供给网络。
第二个课题在于氨的制造过程。 氨通常由氮和氢在400℃~500℃的高温以及100~300个大气压的高压下合成。空气中含有大量的氮气，但氢的来源是个问题。目前以煤炭和天然气重整后制取的氢为原料。 也就是说，现在使用的氨都是用化石燃料制成的。虽说是脱碳燃料，但要使氨发电成为完全脱碳的电力来源，需要利用可再生能源电力电解水制取绿氢，或者将制造过程中排出的CO2埋存于地下的蓝氢。 因此，如果不扩大绿氢和蓝氢的供给，就无法实现碳中和的氨发电。 在原油、天然气、煤炭的出产国中东和澳大利亚等地，氨的脱碳化措施已经开始实施。 作为原油产地之一的阿布扎比，为转变化石燃料的结构，正在进行绿氨制造项目。据悉，该项目将使用80万kW级大规模太阳能发电站产生的电能进行电解水制氢，每年制造4万吨绿氢，用这些氢可合成20万吨氨。 在世界主要的煤炭和天然气出产国澳大利亚，也正在进行名为Asian Renewable Energy Hub的计划。目标是从共计2600万kW的风力发电、太阳能发电中，利用2300万kW的可再生能源制取大量的绿氢和绿氨。
此外，欧洲正在进行多个利用海上风力发电的绿氢与绿氨制造计划。 据IEA（国际能源机构）预测，如果世界各国严格完成2050年碳中和的目标，则到2030年需要约18 EJ（18×1018J）的蓝氢及绿氢，但按照目前的政策是完全不够的。
日本也开始采取稳定氨供应的措施。中东等地是天然气等能源的出产地区，同时拥有大量可再生能源。在中东等地，日本企业从生产阶段就开始参与氨制造，确保氨供应量。 日本JERA和资源开发企业INPEX与阿拉伯联合酋长国（阿联酋）的国营石油公司合作，在阿联酋制氨并出口到日本，将其用作火力发电的燃料。在合作过程中，日本经济产业省起到了桥梁的作用。 伊藤忠商事正在进行将东西伯利亚的氨运往日本的商业化调查。IHI与马来西亚最大的电力公司Tenaga National合作，共同开发氨发电。使用可再生能源的氨制造也在进行中。今后，日本领先的氨发电技术有望促成与高度依赖煤炭火力的其他亚洲国家的深入合作，但这也要求日本政府展开新的燃料和能源外交，以确保绿氨供应。
根据经济产业省的估算，当前氨发电的成本虽然比氢便宜很多，但仍比煤炭和天然气贵，所以必须要降低成本。另外，由于不是直接使用可再生能源，而是先制造氢，再用氢合成氨，所以能源效率也较低。因此，要对氨发电加以合理利用，例如在冬夏等电力供需紧张的特定季节作为电力补充。 氨发电作为未来的零碳发电方式备受瞩目。日本的氨发电技术位于世界前列，在马来西亚也开始了推广，今后氨发电的进一步技术开发值得关注。
翻译：肖永红 审校：李 涵 贾陆叶 统稿：李淑珊  ●氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性（一）——SIP“能源载体”的成果 ●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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