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摘 要：氨作为脱碳时代的新燃料备受关注，其在燃烧时不会排放二氧化碳，且与氢相比，更容易运输和储存。在高度依赖燃煤发电的日本，需要寻找一种将氨用作火力发电厂的混烧燃料的方法。然而目前氨从生产到使用，各个工序的成本都很高，在二氧化碳减排方面也存在问题，因此在将氨用作主要燃料的过程中日本商社将面临诸多考验。
关键字：氨燃料、氨混烧、氨专烧、蓝氨、绿氨、氨运输与储存
今年1月，株式会社JERA决定进行氨混烧实证试验，目标是到2028年将燃煤发电燃料中氨的混烧比例从目前的20%提高到50%以上。
两年前，JERA制定了到2050年实现碳中和的目标，然而关于如何实现这一目标，该公司董事会和经营会议一直争论不休，其海外董事认为“应以100%可再生能源为目标”，并一致认为需要稳定电源来调节输出不稳定的可再生能源——唯有氨才能拯救与脱碳潮流背道而驰的火力发电。
氨被广泛用作农产品的肥料和树脂原料。氨由氮和氢组成，因此燃烧时不会排放二氧化碳。全面脱碳时代的到来为氨带来了新用途。与同为新燃料的氢相比，氨更易储存和运输，因此在日本，氨在发电方面备受关注。
三井物产制定了通过“CCS”（CO2捕获与封存）技术在澳大利亚年产100万吨“蓝氨”的目标。采用传统“哈伯-博施法（HB法）”制氨，适于大量生产。
去除CO2是氨商业化的关键。虽然通过CCS回收CO2的技术本身已经得到确立，但因（在日本）无法选择所回收CO2的封存地，因而尚未实现实用化。另外，无法完全回收在HB法制氨过程中以及天然气开采过程中排放的CO2。
三井物产将利用在地下资源开发过程中积累的技术，加速验证CCS的实施地点和CO2的捕获与封存量。
伊藤忠商事挑战在制造过程中不排放二氧化碳的“绿氨”。伊藤忠将与制备水电解装置的挪威氢能技术公司Nel合作，利用可再生能源制氢，再由氢制造氨。这种制氨方法的优势在于在从制造到使用的生命周期评估（LCA）中不排放二氧化碳，且对于地点的限制较少。
然而，该制氨方法的制造成本是天然气制氨的1.5倍以上。水电解装置本身也很昂贵。也有人指出，由于绿氨是由绿氢制成，因此直接利用氢更为高效。伊藤忠的氢与氨业务部部长森俊之表示：“将通过改进水电解装置来降低制造成本。”
日本邮船正加紧开发氨运输船和海上储存船。和液化天然气（LNG）一样，氨以液体形式运输，在零下33度液化，露点高于LNG和氢气。
为了在陆地上安装用于储存大量氨的大型储罐，需要确保广阔的场地，并且通常需要很长时间来获得土地使用权。因此，日本邮船的目标是开发能在海上储存数万吨氨的船。
问题在于船舶的脱碳进展缓慢。随着全球越来越关注LCA，如果使用化石燃料作为船舶燃料的话，氨将不再“清洁”，因此船舶的燃料也需要替换成氨。
在发电方面考虑引入氨专烧。JERA将与三菱重工合作开发专烧用燃烧器。提高混烧率，目标在2040年代启动专烧发电站。
但是，混烧率越高，炉温越难以控制。现有装置通过煤炭燃烧产生的烟尘辐射热来加热传热管，以保持整个炉体的温度。但是，由于氨不含有碳，因此氨比例越高，现有装置的运行就越困难。
有批评指出，在现有火力发电中引入氨混烧会延长“火电”的存在时间，不利于脱碳。利用氨所需的巨额设备投资也是其难以普及的原因之一。
日本东北大学的小林秀昭教授指出：“混烧率越高，所需的投资就越大，进而导致电费上涨。”
绿氨合成设备
（产综研提供）
在现有燃煤火力发电中混烧氨燃料的背景是需要采取过渡措施直到完成脱碳。
据日本资源能源厅估算，如果日本所有的燃煤火力发电厂都混烧20%的氨来进行发电，则可以削减4000万吨的二氧化碳排放量，相当于电力部门排放二氧化碳的10%。虽然减少温室气体排放已成为国际共识，但实现净零排放仍需要时间，解决方案之一便是混烧。
提高混烧率还存在另一个课题——大气污染物氮氧化物（NOx）的减排。JERA脱碳推进部门的高桥贤司部长表示：“与煤炭相比，氨不易燃烧，因此容易产生NOx。需要在保证炉内燃烧效率的同时降低NOx排放量。”
JERA将通过提高氨燃料的注入速度，优化燃烧器的配置，并重复验证以实现稳定燃烧。
日本政府预估2050年的氨需求量将达到3000万吨。为了实现该目标，日本将在海外拓展生产，特别是在产气和产油国，天然气和原油的开采现场具备通过CCS来制造蓝氨的条件。日本能源厅将北美、澳大利亚和中东列为有望为日本提供生产和运输支持的地区。
但是，大量生产在所有过程中都不排放二氧化碳的氨存在很高的技术障碍。通常使用的HB法以天然气制氢为前提。当通过HB法制造氨时，每生产1吨的氨将排放约2吨的二氧化碳。
如果新燃料不能助力脱碳，则将毫无用处。因此，日本将继续研究不使用化石燃料且不同于HB法的制造方法。东京大学的西林仁昭教授等人开发出一种常温常压下由水和氮合成氨的方法。然而，该方法中使用的还原剂是稀有金属钐，其储量少且价格昂贵，因此尚未商业化。
日本能源经济研究所的小林良和指出：“就目前而言，通过蓝氨满足氨燃料的需求是现实选择。”
此外，必须建设用于接收氨燃料的码头和管道等基础设施，还需要确保可以大量且安全地储氨的新场所。为此，地点的选定十分重要。
据日本能源厅报道，将氨燃料发电纳入电源结构的发达国家仅有日韩两国。即使是比氢燃料更容易处理的氨，也存在降低成本，减少二氧化碳排放，消除大气污染物等难题，氨燃料还难以投入实际使用。
然而，日本为了在2050年实现碳中和，必须使用氨燃料等新燃料。据日本能源厅等的估算，氨专烧发电的成本为23.5日元（约1.28元）/千瓦时（2018年），远远低于97.3日元（约5.32元）的氢专烧发电成本（2020年）。如果可以实现专烧并确立生产体制和供给网，氨就有可能成为主要燃料。
翻译：李释云
审校：贾陆叶
李 涵
统稿：李淑珊
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