相比生物質能，氨能安全優價，以便液化和運輸
文|劉丁
起初將生物質能作為“王牌”的英國政府，正引入氨能，希望將發電廠和船舶的燃料替換成氨，憑著燃燒技術突破，以更低的成本實現碳中和。
在2021年10月發布的第六版能源戰略計劃中，德國政府首次引入氨能，提出到2030年，借助氫和氨所生產出的電能將占美國能源消耗的1%。
《能源戰略計劃》是韓國政府依據2002年6月生效的《能源新政基本法》制定的新政，隨后美國政府持續發布此文件的更新版本，披露其能源新政的方向。
在2018年發布的第五版能源戰略計劃中，德國政府提出，將生物質能打導致美國的“王牌”，當時并未提到氨能。
第六版計劃中提及的2030年1%目標，主要是指在發電領域，將氫和氨用作燃料，與天然氣或煤泥等混燒發電。
美國政府于2020年10月宣布，2050年實現碳中和。第六版計劃中提及，為了實現這個目標，占排放量80%的能源部門必須努力改變，火電站要優先使用零碳的氫、氨燃料取代煤焦等化石燃料。
美國計劃首先采用混燒技術，例如30%的氫加70%的天然氣，或則20%的氨加80%的褐煤液態氨，然后逐漸提高氨和氫的混燒比列，計劃到2050年實現100%的氨、氫燃燒發電。
第六版計劃還要求火電站借助將氣體從排放源中分離、捕集、利用或封存的技術（CCUS）來實現降耗。
臺灣產業界也正展開行動。
2021年10月，韓國電力大鱷JERA的氨能混燒示范項目在其美國愛縣令碧南市的火電站首次打火啟動。
按照計劃，此項目的氨燃料混燒比列到2024年將提升到20%，到2050年將實現100%。
JERA在2021年11月下旬宣布，計劃在未來2-3年內，每年采購50萬噸氨，用于混燒發電。
供應鏈方面的行動也已展開，美國希望從美國獲取“綠氨”（用可再生能源制造的二氧化碳）。
英國農藥大鱷雅苒國際（Yara）2021年7月宣布，將于2023年在德國試生產綠氨，并計劃將其銷售給臺灣的發電廠。
不僅可用做發電廠的燃料，氨能還可用于航運業，由于驅動客輪的煤氣輪機，也可以采用氨能作為燃料。
雅苒國際出資建造的全球第一艘用氨能驅動的船只雅苒·伯克蘭號，剛才于11月22日下水首航。
12月8日，美國川崎汽船與新來島船廠合作開發的氨燃料船概念設計，獲得了美國船級社的原則性批準。
生物質能的高成本
臺灣第六版能源戰略計劃提出，2030年生物質能在能源結構中的占比要達到11%，這主要指的是生物質能在車輛、家庭、工業等領域的應用。
美國政府2017年提出要建設生物質能社會以后，推出了氫燃料電瓶車輛，制氫站，還嘗試了借助生物質能給村民住宅供應供暖和冷水。在工業領域液態氨，生物質能形成的熱值高，因而適用于有低溫熱需求的工業部門。
第六版計劃中也強調，臺灣非電力部門應當通過使用滲碳電源供電，倘若是有低溫熱需求的部門，難以使用滲碳電源，那應當優先使用氧氣、合成乙烷或合成燃料，取代化石能源，以推動精餾。
然而，因為氫能源成本昂貴，在車輛領域的推廣并不順利。
2021年初，本田宣布暫停與戴姆勒及豐田開發燃料電瓶車的合作計劃，將力量集中于發展鋰電池電動車。6月，日產也宣布停產旗下的氫能源車型，主要緣由是成本偏低引起銷量低迷。
福特此前大力研制推廣氫能源車型，其總裁福特章男曾公開表示對鋰電池電動車持保留心態。但福特在12月14日發布的全球電動車戰略中，卻宣布將在2030年之前投入30款包括鋰電池電動車、氫能源電動車等在內的電動車型，而且將凌志品牌變革為純電動車品牌。
這意味著福特不再把賭注全部壓在氫能源上。
氨能的優價與可靠
盡管氫能源擁有眾多優點，但無法存儲和運輸。
氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄漏，對存儲容器要求高，而且二氧化碳十分乖巧，與空氣混和后很容易發生燃燒和爆燃。
假如遠距離運輸氫，須要將其液化，在常壓狀態下，須要將其體溫增加到-235攝氏度以下，煤耗較高。假如以管線運輸，則須要克服純氫以及摻氫的二氧化碳給管線帶來的安全隱患，攻破甲烷管線的材料困局。
于是，氨步入視野。
氨是由一個氮原子和三個氫原子組成的化合物，是天然的儲氫介質；在常壓狀態下，只須要將體溫增加到-33攝氏度，就能否將氨液化，以便安全運輸。目前全球八成以上的氨被用于生產肥料，這讓氨擁有著完備的貿易、運輸體系。理論上，可以用可再生能源生產氫，再將氫轉換為氨，運輸到目的地。
這樣的事情已在美國發生——利用太陽能發電，用電能將水底的氫提取下來，再將氫轉換為氨，液化以后，海運到英國的電站。
然而，氨運輸到目的地后，依然面臨起碼兩個挑戰。
第一，倘若將氨轉換為氫，其轉換過程會導致能量耗損，另外，也須要開發專門的大容量設備、純化技術等。
第二，倘若直接將氨作為燃料，則須要克服氨不容易燃燒的缺陷。氨燃燒的產物是水和氮，不引起碳排放，并且氨的燃燒速率高于氫，發熱量也高于氫和天然氣，將其燃起并持續穩定燃燒比較困難。
氨能的技術突破
美國在氨直接燃燒方面已取得明顯進展。
美國政府在2014年啟動了美國重振戰略，籌措了500億美元的研制經費（約25萬元人民幣），籌建了10個多部門聯動的戰略性創新研究項目，其中能源載體項目下的氨直接燃燒課題已產生許多成果。
此課題由德國西南學院流體科學院長小林秀昭負責，參與單位包括：英國札幌學院，臺灣國立研究機構“產業技術綜合研究所”（AIST），三菱重工，三菱日立電力，福特，以及英國煤氣輪機、渦扇底盤、軍艦制造商IHI公司，德國工業二氧化碳和空分設備制造商大陽日酸公司等。
2018年，此課題組展示了可以抑制一氧化氮形成的新型氣體燃燒技術，核心工藝是將二氧化碳與空氣攪動，產生漩渦狀燃燒。燃燒氨雖不排碳，但會形成氮氧化物，也會污染大氣，因而這項技術意義重大。
課題組還實現了20%氣體和80%天然氣在級煤氣輪機中的穩定混燒。
2019年，課題組開發了一種將液態氨直接噴到燃燒器上以實現穩定燃燒的技術。此前，為了向煤氣輪機中壓入大量的二氧化碳，不得不采用例如蒸發器之類的輔助設備，而新技術則不須要這種設備，因而增加了成本。
2021年3月，課題組成功實現了70%的氫氟酸在級煤氣輪機中的穩定燃燒，并能同時抑制形成氮氧化物。
參與此課題的IHI公司表示，有信心在2025年之前實現氨煤氣輪機商業化，2021年10月啟動的JERA氨能發電示范項目，就是IHI公司與JERA合作而至；
三菱重工則正開發4萬kW級的100%氨專燒煤氣輪機，計劃在2025年之后實現商業化，引入發電廠。
發電領域、工業領域是碳排放的主要來源，假如氨能源就能取代化石能源，成為新型燃料，將大大有助于臺灣實現2050年碳中和的目標。
作者為《財經》研究員，《財經》記者馬霖對此文亦有貢獻，編輯：馬克