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摘 要：利用燃燒時不會產生二氧化碳的氨進行發電的趨勢正在加速。從2021年10月開始，日本最大的燃煤火力發電廠將氨作為代替煤炭的脫碳燃料，進行燃燒實驗。日本經濟產業省計劃投入多達700億日元（約39.22億元），用以在2030年之前確立純氨發電技術。氨能成為脫碳的王牌嗎？
關鍵字：氨發電、脫碳、綠氨制造、混合燃燒、氨供應網絡
目錄
何為氨發電？
世界首次燃燒試驗啟動
普及方面的課題
始于產油國的綠氨制造
日本將構建穩定的供應網絡
日本政府于今年10月內閣會議通過第6次能源基本計劃，首次將氫和氨發電方案納入電力來源構成。
氨是由氫和氮組成的化合物，燃燒時只會生成氮和水。
在現有的燃煤火力發電廠中，如果將氨與粉末狀的煤混合燃燒，就可以減少二氧化碳的排放量，因此這種作為替代燃煤火力的新發電方式備受期待。
但是，氫在燃燒時也不會排放CO2，為什么要選擇使用氨呢？氫的沸點是-252.6℃，而氨的沸點是-33℃。也就是說，氨更容易液化，便于操作。另外，氨的運輸和儲存基礎設施也很完善。而且，氨的制造技術已經成熟，作為化學肥料的原料和樹脂、殺蟲劑、火藥的原料，日本每年要使用約108萬噸（2019年）的氨。因此氨比氫氣更實用，如果直接將其用于火力發電，會具有很大的優勢。
為實現從煤炭向氨燃料的轉換，日本于2021年10月開始進行氨發電的實證試驗。由東京電力控股公司和中部電力公司共同出資的JERA，與大型機械制造商IHI合作，在日本最大的燃煤火力發電站——碧南燃煤火力發電站（發電功率800萬kW）進行了該發電規模下世界首次燃燒實驗。
碧南火力發電站（愛知縣碧南市）
來源：IHI
JERA計劃首先從少量的混燒開始，到2024年度將氨的混燒比例提高到20%，以減少CO2的排放。以2050年達成碳中和的目標，致力于實現100%氨專燒火力發電。
另一方面，氣態的氨不僅可以替代煤炭，還有望作為天然氣的替代燃料。
為實現100%氨專燒燃氣輪機的實用化，三菱重工正在開發4萬kW級的燃氣輪機。氨在燃燒時雖然不會產生CO2，但是會產生有害的氮氧化物（NOx）。為解決這一課題，三菱重工通過調整空氣量來抑制NOx的產生，計劃在2025年以后實現實用化，并引入發電站。
4萬kW級氨燃氣輪機
來源：三菱重工
在氨發電技術方面，日本處于領先地位，因為在海外有發展空間，因此日本政府也計劃加大支持力度。從促進脫碳技術開發與普及的2萬億日元（約1120.6億元）國家基金中，經濟產業省將最多投入700億日元，致力于在2030年確立100%氨發電技術，并在2040年實現其實用化。
日本加快氨發電步伐的背景是國際上對火力發電，尤其是高碳排放量的燃煤發電的批判日益高漲。
日本也計劃在2030年前淘汰效率低下的煤炭火力，目前還有150座（截至2020年7月）火力發電廠，占電力來源的32%。另外，因火力發電具有對因天氣等輸出不穩定的可再生能源的調節作用，到2030年也會保留占電力來源19%的火力發電。
因此，為了在充分利用現有煤炭火力的同時盡可能減少CO2排放量，氨發電的實用化迫在眉睫。而且，如果能夠確立氨發電的技術，就可以向高度依賴煤炭火力的亞洲各國出口，增大削減CO2排放量的可能性。但是，在普及方面還有許多課題尚未解決。
第一個課題是供給量的問題。
世界氨生產量每年為2億噸左右，貿易量卻僅為2000萬噸，日本的消費量約為108萬噸。然而，如果在1座燃煤機組中混入20%的氨，一年就需要50萬噸氨，僅2座機組就相當于現在全日本的消費量。僅靠日本國內生產是無法滿足需求的，為了穩定供應，需要構建世界性的供給網絡。
第二個課題在于氨的制造過程。
氨通常由氮和氫在400℃~500℃的高溫以及100~300個大氣壓的高壓下合成。空氣中含有大量的氮氣，但氫的來源是個問題。目前以煤炭和天然氣重整后制取的氫為原料。
也就是說，現在使用的氨都是用化石燃料制成的。雖說是脫碳燃料，但要使氨發電成為完全脫碳的電力來源，需要利用可再生能源電力電解水制取綠氫，或者將制造過程中排出的CO2埋存于地下的藍氫。
因此，如果不擴大綠氫和藍氫的供給，就無法實現碳中和的氨發電。
在原油、天然氣、煤炭的出產國中東和澳大利亞等地，氨的脫碳化措施已經開始實施。
作為原油產地之一的阿布扎比，為轉變化石燃料的結構，正在進行綠氨制造項目。據悉，該項目將使用80萬kW級大規模太陽能發電站產生的電能進行電解水制氫，每年制造4萬噸綠氫，用這些氫可合成20萬噸氨。
在世界主要的煤炭和天然氣出產國澳大利亞，也正在進行名為Asian Renewable Energy Hub的計劃。目標是從共計2600萬kW的風力發電、太陽能發電中，利用2300萬kW的可再生能源制取大量的綠氫和綠氨。
此外，歐洲正在進行多個利用海上風力發電的綠氫與綠氨制造計劃。
據IEA（國際能源機構）預測，如果世界各國嚴格完成2050年碳中和的目標，則到2030年需要約18 EJ（18×1018J）的藍氫及綠氫，但按照目前的政策是完全不夠的。
日本也開始采取穩定氨供應的措施。中東等地是天然氣等能源的出產地區，同時擁有大量可再生能源。在中東等地，日本企業從生產階段就開始參與氨制造，確保氨供應量。
日本JERA和資源開發企業INPEX與阿拉伯聯合酋長國（阿聯酋）的國營石油公司合作，在阿聯酋制氨并出口到日本，將其用作火力發電的燃料。在合作過程中，日本經濟產業省起到了橋梁的作用。
伊藤忠商事正在進行將東西伯利亞的氨運往日本的商業化調查。IHI與馬來西亞最大的電力公司Tenaga National合作，共同開發氨發電。使用可再生能源的氨制造也在進行中。今后，日本領先的氨發電技術有望促成與高度依賴煤炭火力的其他亞洲國家的深入合作，但這也要求日本政府展開新的燃料和能源外交，以確保綠氨供應。
根據經濟產業省的估算，當前氨發電的成本雖然比氫便宜很多，但仍比煤炭和天然氣貴，所以必須要降低成本。另外，由于不是直接使用可再生能源，而是先制造氫，再用氫合成氨，所以能源效率也較低。因此，要對氨發電加以合理利用，例如在冬夏等電力供需緊張的特定季節作為電力補充。
氨發電作為未來的零碳發電方式備受矚目。日本的氨發電技術位于世界前列，在馬來西亞也開始了推廣，今后氨發電的進一步技術開發值得關注。
翻譯：肖永紅
審校：李 涵
賈陸葉
統稿：李淑珊
●氨作為零碳燃料和氫能載體的可能性（一）——SIP“能源載體”的成果
●氨作為零碳燃料和氫能載體的可能性（十）完結篇——SIP“能源載體”項目回顧
