全球已进入“氨=氢2.0”时代氢能产业向氨方向发展-韭研公社

登录注册

全球已进入“氨=氢2.0”时代氢能产业向氨方向发展

维斯布鲁李

关灯吃面的小韭菜

2021-12-19 16:54:16

当前全球已跨入“气体能源时代”，其“主动脉”当推“含碳的氢能源”——天然气即甲烷(CH4)，而其“主静脉”唯有“含氢无碳能源”——氨（NH3）可以胜任。

氨是除氢以外最宜生产的可再生燃料，具有极其重要的战略资源价值。氨可由水中的氢和空气中的氮合成，并在氨燃料电池或氨内燃机或氧化燃烧时还原为水和空气。在目前普遍采用的工业化合成氨生产中，所需的氮可自空气中直接获得。而氢的来源则为天然气、煤炭、石油、生物质及水。随着未来天然气的供不应求，氢的来源势必渐以煤、生物质和水为主，并最终依赖生物质与水。制氨所需的能源也势必从目前的化石能源（包括石油、天然气、煤炭等）及物理能（包括光、水力、风力、温差、核变等）最终走向只依赖物理能（特别是自然能），必然走向风光核分布式制氨的光辉道路。

现在人们把氨作为一种新能源进行研究，主要是基于两个考量：一是作为储氢介质，同时它还是一个零碳燃料。

氨具备常用燃料所须的各大特点：廉价、易得、易挥发、便储存，低污染，高燃烧值，高辛烷值，操作相对安全，可与一般材料兼容等。在作为燃料的普及应用上，氨较氢的最大优越性在于其能量密度大（同体积含能量液氨是液氢的1．5倍以上）、易液化（常压下负33摄氏度或常温下9个大气压均可使氨液化而氢在负240摄氏度以上则无法液化）、易储运（普通液化气钢瓶即可储氨而储氢则需特殊材料）。

储氢介质：

远距离运输氢，需要将其液化，在常压状态下，需要将其温度降低到-235摄氏度以下，能耗较高。如果以管道运输，则需要克服纯氢以及掺氢的气体给管道带来的安全隐患，攻克氢气管道的材料难题。

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，只需要将温度降低到-33摄氏度，就能够将氨液化，便于安全运输。目前全球八成以上的氨被用于生产化肥，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。

12月10日，国内首家“氨-氢”绿色能源产业创新平台在闽启建

据国际能源署预计，2040年全球“绿氢和蓝氢”需求将达7500万吨。发展氢能产业是实施“双碳”战略的重要抓手，然而氢气储运难和安全性差等问题制约了其产业化发展。研究发现，氨作为高效储氢介质，具有高能量密度、易液化储运、安全性高和无碳排放等优势。

零碳燃料：

液氨的比重与汽油相近。氨每千克5090大卡，汽油每千克10296大卡，虽其燃烧值仅约为汽油的一半，然而氨的辛烷值却远高于汽油，因而可大大增加内燃机压缩比以提高输出功率。氨内燃机的热效率可达50％甚至近60％，是通常汽油内燃机的两倍以上，因此也就足以在多种用途中成为可取代汽油的燃料。不仅如此，以液氨为燃料的车辆可得到几乎免费的空调——液氨在气化时能大量吸热。从车船用优质燃料角度，每吨液氨的价格只有2500元，但却能完全足以替代每吨10000元的成品汽油。在智能电网中，氨的再生与其高效内燃机发电循环，与天然气的多级热电联产，可以成为一个联合体，实现60%到80%的发电效率与高达90%的热效率，并可望实现COP高达5到10倍能效的建筑体新型供能方式。

在2021年10月发布的第六版能源战略计划中，日本政府首次引入氨能。而在2018年发布的第五版能源战略计划中，日本政府提出，将氢能打造成日本的“王牌”，当时并未提及氨能。

今年的11月16日，韩国政府的工商能源部公布了氨能和氢能的高温燃烧计划。他们成立了一个氢氨发电示范促进领导小组，目标就是推动氢、氨与天然气、煤混合燃烧发电。2030年氨能发电要占全国发电量3.6%，而且要逐步地把煤发电用煤、氨混合发电取代，2050年要实现完全零碳氨燃料发电达到21.5%，氢能发电13.8%，所以韩国的计划是2050年约35%左右的高温发电是氢、氨完成的。