破解瓶頸,綠氨未來有望蛻變成真正的可持續(xù)燃料
在“雙碳”政策的驅(qū)動下,全球持續(xù)探索下一代能源技術(shù),探尋未來可替代能源的發(fā)展前景。在這個背景下,氨,特別是綠氨技術(shù)逐漸走入全球脫碳構(gòu)想中。據(jù)畢馬威中國預(yù)計,到2035年,中國的合成氨總消費量將達1.2億噸,較2022年規(guī)模擴大1.5倍。受國家“雙碳”戰(zhàn)略和供給側(cè)改革的影響,如此大體量的傳統(tǒng)合成氨向綠氨過渡已是必然趨勢。
氨擁有一些重要的優(yōu)點。從化學式來看,它可由地球上兩種豐富的資源進行制備:從大氣中獲得的氮和從水中獲得的氫。此外,氨在低壓和-33℃的條件下很容易被液化,而另一種目前廣受追捧的燃料氫在-253℃才能被液化。而且,液態(tài)氨的能量密度高于液態(tài)氫,氨的體積能量密度幾乎是氫的2倍,使其運輸和儲存更具能效。還有一點很重要:由于氨被廣泛用作肥料,各國企業(yè)在使用這種化合物方面擁有豐富的經(jīng)驗,且已具備完整的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。
與此同時,氨的儲存和運輸技術(shù)如今已經(jīng)相當成熟,特別是有LNG站改造為加氨站的可能性,這為其提供了較強的市場競爭力,通過液氨運輸1千克氫的遠洋運輸成本為0.1-0.2美元,低于通過管道和輪船的氫運輸渠道。
另一方面,氨的特性適合儲運氫。以氫氣為原料制成的液氨,比液氫具有更高的體積能量密度,且氨比氫氣更容易液化。常壓下氨氣在-33℃就可以液化,而氫氣需要低于-253℃,且同體積下,液氨比液氫多出至少60%的氫。
綠氨的市場
當前,氨主要從化石燃料中制取,科學家希望從可再生資源中生產(chǎn)“綠氨”,以做到真正可持續(xù)且無碳。西班牙《阿貝賽報》網(wǎng)站在最近的報道中指出,鑒于“綠氨”可能擁有非常光明的未來,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)競賽已在全球范圍內(nèi)展開。
著名化工巨頭雅苒公司正積極布局“綠氨”生產(chǎn),準備在挪威建設(shè)一家年產(chǎn)能為50萬噸的可持續(xù)氨工廠。該公司此前已與法國電力公司Engie合作,在澳大利亞西北部皮爾巴拉的現(xiàn)有工廠利用太陽能發(fā)電制造氫氣,使氫氣與氮發(fā)生反應(yīng),利用可再生能源制造的“綠氨”將自2023年開始試產(chǎn)。西班牙費蒂韋里亞公司也規(guī)劃其位于普埃托利亞諾的工廠每年生產(chǎn)超過100萬噸“綠氨”,并計劃在帕洛斯—德拉弗龍?zhí)乩ㄔO(shè)另一家同樣產(chǎn)能的“綠氨”工廠。西班牙伊格尼斯集團則計劃在塞維利亞港建設(shè)一家“綠氨”工廠。
沙特NEOM公司計劃2026年建造世界上最大的“綠氨”生產(chǎn)設(shè)施。該設(shè)施竣工后,預(yù)計每年將生產(chǎn)120萬噸“綠氨”,可減少500萬噸二氧化碳排放。
《阿貝賽報》稱,如果“綠氨”能克服它所面臨的各種困難,人們有望在未來10年內(nèi)看到第一批以氨為燃料的卡車、拖拉機和船舶。目前已有公司、大學等正在研究氨燃料的應(yīng)用技術(shù),甚至已經(jīng)出現(xiàn)了第一批原型設(shè)備。
氨生產(chǎn)技術(shù)的綠色化,也將直接減少產(chǎn)業(yè)鏈上的碳排放。氨合成尿素的階段耦合CCS,捕捉冶金、煉化等行業(yè)排放的二氧化碳,經(jīng)過化學反應(yīng)形成的尿素也接近“零碳”排放。
中國目前的合成氨市場規(guī)模為千萬噸級,規(guī)模位居全球第一。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,2021年合成氨總產(chǎn)量5313萬噸,占全球合成氨市場份額的約三成。
數(shù)據(jù)顯示,未來中日韓三國的合成氨市場增長速度領(lǐng)先于世界,預(yù)計2035年將達1.5億噸,其中作為燃料的動力氨將達0.9億噸,市場占比60%,需要加快向綠氨轉(zhuǎn)型才能在滿足如此大市場需求的同時減少碳排放。
綠氨的未來
數(shù)據(jù)指出,目前全球多個大型綠氫綠氨項目正在推進,預(yù)測到2030年,全球宣布的綠氨項目年生產(chǎn)能力為1500萬噸(為當前氨市場的8%)。而在2022年12月,畢馬威發(fā)布《綠氨行業(yè)概覽與展望》報告預(yù)計,到2030年,全球綠氨市場規(guī)模將達到54.8億美元,以2021年3600萬美元的規(guī)模為基準,年均復合增長率高達74.8%。
日本是國際上首個提出氨能概念的國家。在福島核危機后,日本開始押注氫能發(fā)展以提供清潔能源。2021年10月,日本在第六版能源戰(zhàn)略計劃中首次引入氨能,提出到2030年,利用氫和氨所生產(chǎn)出的電能將占日本能源消耗的1%。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省已制定計劃,到2030年用氨與煤炭混燒,替代日本燃煤發(fā)電站20%的煤炭供應(yīng);到2050年,日本燃料結(jié)構(gòu)中使用3000萬噸可再生氨,減少傳統(tǒng)發(fā)電廠和日本航運的排放。
根據(jù)全球著名市場研究和咨詢公司 Future Market Insights 發(fā)表的綠色氨市場報告表明,未來十年,全球綠色氨市場預(yù)計將以驚人的 90%的速度發(fā)展,在 2030 年前將達到 54 億美元。到 2028 年底前,歐洲綠色氨市場預(yù)計將擁有全球最大的市場份額,產(chǎn)生 5.5803 億美元的收入,高于 2019 年的 749萬美元,這得益于 2022~2032 年預(yù)測期間的 65.37%的估計復合年增長率。亞太地區(qū)預(yù)計將占據(jù)全球第二大市場份額,收入潛力為 1.9069 億美元。就單個國家而言,荷蘭可能到 2028 年擁有最大的市場收入,達到 2.712 億美元,而德國市場收入預(yù)計在預(yù)測期間將以最快的速度增長 86.35%。
產(chǎn)業(yè)化瓶頸方面,資本密集型性質(zhì)是綠色制氨產(chǎn)業(yè)化的主要障礙,主要源于通過可再生能源和電解槽等路徑制備綠氨的成本高于傳統(tǒng)工藝,因此除非成本進一步下降,否則多數(shù)合成氨制造商將較難從傳統(tǒng)的合成氨生產(chǎn)轉(zhuǎn)向綠色合成氨生產(chǎn)。就目前來看,中國、日本的大型化工企業(yè)仍繼續(xù)采用天然氣蒸汽甲烷化的傳統(tǒng)技術(shù),近兩年投資建廠的綠氨項目主要以全球巨頭、我國大型企業(yè)和政府支持項目為主。
總體來看,在碳減排的全球化背景下,部分國家加強碳稅收政策、我國政府資金支持低碳項目,國際巨頭及我國大型企業(yè)積極響應(yīng)政策號召,帶頭布局綠氨能源并提前布局市場,未來十年內(nèi),在政企的聯(lián)合推動下,綠氨產(chǎn)業(yè)將飛速發(fā)展。