氫氨能源前沿動態(tài)
6月3日,日本三菱重工宣布,將在印度尼西亞的現(xiàn)有火力發(fā)電廠中開展氨發(fā)電的可行性研究,以利用印度尼西亞產(chǎn)量豐富的石油和天然氣重整制氨,構建氨的生產(chǎn)、運輸、燃料消耗和二氧化碳儲存等一系列的價值鏈。
此次研究是在印度尼西亞國家電力公司旗下的蘇娜拉亞燃煤電廠(蘇娜拉亞項目)和印度尼西亞現(xiàn)有的燃氣電廠(現(xiàn)有燃氣電廠項目)兩個設施中進行的。目的是利用印度尼西亞產(chǎn)量豐富的石油和天然氣重整制氨,構建氨的生產(chǎn)、運輸、燃料消耗和二氧化碳儲存等一系列的價值鏈。
三菱重工此次將對引入氨發(fā)電技術的效果進行討論。同時,計劃借助日本政府提供的財政支持以及印度尼西亞的碳稅、碳定價等制度面支持措施進行可行性研究。
此外,這兩個項目都使用藍氨。藍氨是一種低碳氨,是以天然氣為原料重整制氫的過程中排放的二氧化碳被分離和回收得到氫后,由藍氫制成的NH3。
日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省立項的能源基礎設施海外拓項目
此次可行性研究是日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的補助項目。在經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2022年度“優(yōu)質能源基礎設施海外拓展可行性研究項目(日本企業(yè)推進基礎設施海外拓展研究項目)”中,三菱重工的“蘇娜拉亞項目”和“現(xiàn)有燃氣電廠項目”兩個項目得到了立項。
可行性研究的對象是預期可大幅減少來自能源的二氧化碳排放的海外基礎設施項目,目的是通過在這些基礎設施中利用日本優(yōu)秀的技術和經(jīng)驗,發(fā)掘并提出國際性貢獻措施。被立項的兩個項目的概要如下:
1、火電廠氨發(fā)電的可行性研究
項目名稱為“印尼蘇娜拉亞燃煤電廠氨混燒可行性研究及價值鏈整體評估研究項目”。主題是評估將印度尼西亞生產(chǎn)的氨運輸?shù)桨l(fā)電廠并將其用作發(fā)電燃料這一過程的經(jīng)濟性。
將對蘇娜拉亞燃煤電廠的氨混燒、蘇拉威西島氨工廠(假定為燃料供應源)的CO2減排,價值鏈的整體評估,未來使用日元貸款建設項目進行可行性研究。三菱重工將與三菱商事、日本工營等合作推進該項目,以期在2030年左右開始運營。
2、現(xiàn)有燃氣電廠氨與氫發(fā)電的可行性研究
項目名稱為“通過改造印度尼西亞現(xiàn)有燃氣電廠來引入氨發(fā)電并建立價值鏈的可能性研究項目”。主題是評估將印度尼西亞生產(chǎn)的氨和氫運輸?shù)礁浇F(xiàn)有的天然氣發(fā)電廠并將其用作發(fā)電燃料這一過程的經(jīng)濟性。
計劃通過改造現(xiàn)有燃氣電廠的燃氣輪機,引入使用燃料氨的發(fā)電方法,并對建立從向燃氣電廠提供燃料的肥料生產(chǎn)廠到氨運輸過程的價值鏈的可能性展開調(diào)查。三菱重工將與東電設計合作推進該項目,以期在2020年代后半期開始運營。
印度尼西亞提出了到2025年23%的電力供應來自可再生能源,到2035年28%的電力供應來自可再生能源的方針。三菱重工正與印尼國家電力公司集團和國立萬隆理工大學合作,支持印尼實現(xiàn)其目標。
知識拓展:氨能源能“取代”氫能源嗎?
氨作為氫能載體之一極具潛力,而且與氫一樣,氨也是零碳燃料,直接燃燒不會排放CO2。氨具有氫的大部分功能,與氫相比,氨更易于儲存和運輸,且流通系統(tǒng)已經(jīng)完善,因此“氨能社會”或將早于“氫能社會”實現(xiàn)。
氨(NH3)作為氫能載體之一極具潛力,在所有氫能載體中最易于運輸和儲存。氨在常溫常壓下為氣體,沸點為-33.3℃,乍一看可能認為其液化時需要大量電力,但實際上僅需在20℃,以及8.5個大氣壓就能夠液化——這與自行車胎的氣壓相當,因此通過人力也能實現(xiàn)。也就是說,氨僅需利用少量電力即可液化。
氨用途廣泛,全球年產(chǎn)量已達1.8億噸。但是,氨對人體有毒,具有強烈刺激氣味,而且對金屬有很強的腐蝕性,一般金屬無法用作氨運輸管道。
氨作為能源規(guī)模化首先必須要解決的,就是如何生產(chǎn)“綠氨”。當前的合成氨模式不太可能支持將氨用作能源,且與綠電也不相匹配。
目前合成氨產(chǎn)業(yè)所使用的哈勃-博施法(Haber–Bosch process),是在450℃~500℃,200個標準大氣壓下,通過混入催化劑讓氮氣與氫氣發(fā)生反應生成氨氣。這種方式能耗極高,會消耗大量化石燃料,不符合“碳中和”的理念。而生產(chǎn)過程中所用氫的由天然氣和煤加工而來,涉及煤氣化工業(yè)路線與天然氣重整工藝兩個大方向,同樣涉及大量碳排放。
當前對氨作為一種能源的研究本身也不夠深入。其燃燒速度、火焰結構、點火延遲、污染物形成等關鍵參數(shù)仍不完善,對氨燃燒的反應機理也未完全清晰,這些不足同樣構成了將氨作為能源過程中的障礙。未來,學界的進一步的深入研究同樣不可或缺。
除了上述提到的具體技術困難外,氨作為一種燃料還面臨其他一些現(xiàn)實問題。
首先是價格不具參考價值(而且噸價本就比原油貴)。“當前”的合成氨噸價完全是建立在“當前”的生產(chǎn)工藝與供需關系之上的,而我們在上文已經(jīng)提到,哈勃-博施法會產(chǎn)生驚人的碳排放,不可能用于未來的綠氨大規(guī)模制備,但新的工藝距離成熟還有不小的距離,我們并不是非常清楚綠氨能實現(xiàn)什么水平的價格。這引出了一個不容忽視的風險,商業(yè)化的風險。
其次,當前的合成氨是典型的重資產(chǎn)行業(yè),前期投入巨大且投資周期很長,這一點即使綠氨工藝得以大規(guī)模投產(chǎn),也不太可能有根本性的變化,這給社會資本的接入帶來了一定的困難。配套的綠氫工廠、儲運設施、電站等等耗費甚巨的項目都不是社會資本能夠獨立解決的。
同時,當前合成氨行業(yè)若想轉型,相關設備的升級改造,研發(fā)支出同樣會是巨大的開支,這些資金僅靠行業(yè)自行籌集也是個問題,而傳統(tǒng)化工業(yè)對資本的吸引力一直以來都很堪憂。沒錢就不能轉型,不轉型就更融不到資,這一困境在ESG大環(huán)境下的傳統(tǒng)能源企業(yè)轉型過程中,已經(jīng)可以被十分明確的觀察到。
換言之,若氨能源想要實現(xiàn)長足發(fā)展,來自國家頂層設計與配套政策的支持必不可少。構建一個友好的投資環(huán)境對產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級,以及提高資本接入的意愿皆至關重要。