相比生物质能，氨能安全优价，以便液化和运输
文|刘丁
起初将生物质能作为“王牌”的英国政府，正引入氨能，希望将发电厂和船舶的燃料替换成氨，凭着燃烧技术突破，以更低的成本实现碳中和。
在2021年10月发布的第六版能源战略计划中，德国政府首次引入氨能，提出到2030年，借助氢和氨所生产出的电能将占美国能源消耗的1%。
《能源战略计划》是韩国政府依据2002年6月生效的《能源新政基本法》制定的新政，随后美国政府持续发布此文件的更新版本，披露其能源新政的方向。
在2018年发布的第五版能源战略计划中，德国政府提出，将生物质能打导致美国的“王牌”，当时并未提到氨能。
第六版计划中提及的2030年1%目标，主要是指在发电领域，将氢和氨用作燃料，与天然气或煤泥等混烧发电。
美国政府于2020年10月宣布，2050年实现碳中和。第六版计划中提及，为了实现这个目标，占排放量80%的能源部门必须努力改变，火电站要优先使用零碳的氢、氨燃料取代煤焦等化石燃料。
美国计划首先采用混烧技术，例如30%的氢加70%的天然气，或则20%的氨加80%的褐煤液态氨，然后逐渐提高氨和氢的混烧比列，计划到2050年实现100%的氨、氢燃烧发电。
第六版计划还要求火电站借助将气体从排放源中分离、捕集、利用或封存的技术（CCUS）来实现降耗。
台湾产业界也正展开行动。
2021年10月，韩国电力大鳄JERA的氨能混烧示范项目在其美国爱县令碧南市的火电站首次打火启动。
按照计划，此项目的氨燃料混烧比列到2024年将提升到20%，到2050年将实现100%。
JERA在2021年11月下旬宣布，计划在未来2-3年内，每年采购50万吨氨，用于混烧发电。
供应链方面的行动也已展开，美国希望从美国获取“绿氨”（用可再生能源制造的二氧化碳）。
英国农药大鳄雅苒国际（Yara）2021年7月宣布，将于2023年在德国试生产绿氨，并计划将其销售给台湾的发电厂。
不仅可用做发电厂的燃料，氨能还可用于航运业，由于驱动客轮的煤气轮机，也可以采用氨能作为燃料。
雅苒国际出资建造的全球第一艘用氨能驱动的船只雅苒·伯克兰号，刚才于11月22日下水首航。
12月8日，美国川崎汽船与新来岛船厂合作开发的氨燃料船概念设计，获得了美国船级社的原则性批准。
生物质能的高成本
台湾第六版能源战略计划提出，2030年生物质能在能源结构中的占比要达到11%，这主要指的是生物质能在车辆、家庭、工业等领域的应用。
美国政府2017年提出要建设生物质能社会以后，推出了氢燃料电瓶车辆，制氢站，还尝试了借助生物质能给村民住宅供应供暖和冷水。在工业领域液态氨，生物质能形成的热值高，因而适用于有低温热需求的工业部门。
第六版计划中也强调，台湾非电力部门应当通过使用渗碳电源供电，倘若是有低温热需求的部门，难以使用渗碳电源，那应当优先使用氧气、合成乙烷或合成燃料，取代化石能源，以推动精馏。
然而，因为氢能源成本昂贵，在车辆领域的推广并不顺利。
2021年初，本田宣布暂停与戴姆勒及丰田开发燃料电瓶车的合作计划，将力量集中于发展锂电池电动车。6月，日产也宣布停产旗下的氢能源车型，主要缘由是成本偏低引起销量低迷。
福特此前大力研制推广氢能源车型，其总裁福特章男曾公开表示对锂电池电动车持保留心态。但福特在12月14日发布的全球电动车战略中，却宣布将在2030年之前投入30款包括锂电池电动车、氢能源电动车等在内的电动车型，而且将凌志品牌变革为纯电动车品牌。
这意味着福特不再把赌注全部压在氢能源上。
氨能的优价与可靠
尽管氢能源拥有众多优点，但无法存储和运输。
氢是元素周期表上最轻的元素，很容易泄漏，对存储容器要求高，而且二氧化碳十分乖巧，与空气混和后很容易发生燃烧和爆燃。
假如远距离运输氢，须要将其液化，在常压状态下，须要将其体温增加到-235摄氏度以下，煤耗较高。假如以管线运输，则须要克服纯氢以及掺氢的二氧化碳给管线带来的安全隐患，攻破甲烷管线的材料困局。
于是，氨步入视野。
氨是由一个氮原子和三个氢原子组成的化合物，是天然的储氢介质；在常压状态下，只须要将体温增加到-33摄氏度，就能否将氨液化，以便安全运输。目前全球八成以上的氨被用于生产肥料，这让氨拥有着完备的贸易、运输体系。理论上，可以用可再生能源生产氢，再将氢转换为氨，运输到目的地。
这样的事情已在美国发生——利用太阳能发电，用电能将水底的氢提取下来，再将氢转换为氨，液化以后，海运到英国的电站。
然而，氨运输到目的地后，依然面临起码两个挑战。
第一，倘若将氨转换为氢，其转换过程会导致能量耗损，另外，也须要开发专门的大容量设备、纯化技术等。
第二，倘若直接将氨作为燃料，则须要克服氨不容易燃烧的缺陷。氨燃烧的产物是水和氮，不引起碳排放，并且氨的燃烧速率高于氢，发热量也高于氢和天然气，将其燃起并持续稳定燃烧比较困难。
氨能的技术突破
美国在氨直接燃烧方面已取得明显进展。
美国政府在2014年启动了美国重振战略，筹措了500亿美元的研制经费（约25万元人民币），筹建了10个多部门联动的战略性创新研究项目，其中能源载体项目下的氨直接燃烧课题已产生许多成果。
此课题由德国西南学院流体科学院长小林秀昭负责，参与单位包括：英国札幌学院，台湾国立研究机构“产业技术综合研究所”（AIST），三菱重工，三菱日立电力，福特，以及英国煤气轮机、涡扇底盘、军舰制造商IHI公司，德国工业二氧化碳和空分设备制造商大阳日酸公司等。
2018年，此课题组展示了可以抑制一氧化氮形成的新型气体燃烧技术，核心工艺是将二氧化碳与空气搅动，产生漩涡状燃烧。燃烧氨虽不排碳，但会形成氮氧化物，也会污染大气，因而这项技术意义重大。
课题组还实现了20%气体和80%天然气在级煤气轮机中的稳定混烧。
2019年，课题组开发了一种将液态氨直接喷到燃烧器上以实现稳定燃烧的技术。此前，为了向煤气轮机中压入大量的二氧化碳，不得不采用例如蒸发器之类的辅助设备，而新技术则不须要这种设备，因而增加了成本。
2021年3月，课题组成功实现了70%的氢氟酸在级煤气轮机中的稳定燃烧，并能同时抑制形成氮氧化物。
参与此课题的IHI公司表示，有信心在2025年之前实现氨煤气轮机商业化，2021年10月启动的JERA氨能发电示范项目，就是IHI公司与JERA合作而至；
三菱重工则正开发4万kW级的100%氨专烧煤气轮机，计划在2025年之后实现商业化，引入发电厂。
发电领域、工业领域是碳排放的主要来源，假如氨能源就能取代化石能源，成为新型燃料，将大大有助于台湾实现2050年碳中和的目标。
作者为《财经》研究员，《财经》记者马霖对此文亦有贡献，编辑：马克