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氢能2.0时代已来!各国都在布局这个领域!

日期:2021-12-25    来源:国际能源网/氢能汇

国际氢能网

2021
12/25
14:34
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关键词: 能源转型 氢能产业 清洁能源

氢能作为能源转型的重要抓手已经被世界各国推向加速发展的新阶段。但氢能本身的物理特性限制和制约了它的发展进程。不利于存储、液化成本高等难题限制了氢能远距离输送。但如果将氢能转化为氨,则可以让氢能领域的很多现实问题得到化解。在2021中国汽车工程学会年会上,中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士、清华大学教授李骏指出:“全球已进入“氨=氢2.0”时代,氢能产业要准备向氨方向发展。”

氢与氨的渊源颇深

氢是世界上最轻的元素,密度低,液化温度要达到零下253摄氏度左右。虽然氢燃烧只产生水,是一种清洁能源,但因为其物理特性,让人们在利用氢的时候面临的最大的麻烦就是储运难题。

储氢瓶容量有限,或许充充气球够用,但要将其作为能源利用,需要占据很大的空间,得不偿失。而如果想像利用天然气那样将其液化又需要保证零下两百多度的低温,这又会耗费很多能量,看起来更是赔本的买卖。

后来人们寄希望于已经建成的天然气长输管道来运输氢气,但后来发现,这种方式掺氢比例比较低只有10%左右是比较安全的,而且掺氢后很难将其再分离,最后很难提取高纯度的氢,因此只能让管输氢作为燃料使用。

于是人们想到了一种置换方式,就是将氢发展成氢基原来,氨就是其中一个优选项。氨的化学分子式NH3,至少从数量上看很直观,一个氨分子里包含3个氢原子和一个氮原子组成。氨的能量密度很高,是液氢的1.5倍。

两者可以在一定条件下发生转化。氨在常压状态下,温度降低到-33摄氏度,就能够液化,便可以安全运输。而且氨还是一种清洁燃料,即使不将其分离,直接燃烧产生的只有水和氮气,作为空气中占比7成以上的气体,氮气不是污染源。而甲醇虽然也是氢基燃料,但甲醇的分子式是CH4O,里面到底是存在碳原子的,提炼氢的过程中必须要配合碳捕集技术才行。因此从环保的角度肯定优选氨作为与氢转化的原料。

技术可实现无缝转化

当人们发现氢可以用另外一种氨的形式存在的时候,相应的技术研发一直在进行中。氢能汇(h2-2005)记者了解到,美国在2020年已经有相对成熟的技术用于两者之间无缝转化。

这项技术可以做到利用可再生能源——而不是化石燃料热能——进行从氨到氢的转化,因为这项工艺的工作温度(250摄氏度)比传统方法(500-600摄氏度)低很多。其次,新技术将生成纯净的氢,从而无需与任何未反应的氨水或其他产品分离。

研究机构负责人表示:“由电池提供动力的汽车很出色,但肯定还存在续航能力和材料供应的问题。在现场并以分布方式把氨转化为氢,将使你能够把开到燃料补充站,为你的汽车灌注加压氢。”

有了这样技术的加持,美国在2020年在沙特联合开发400万千瓦的制氢项目,建设绿氢工厂,项目总投资达50亿美元,这是迄今为止宣布的全球最大氢能项目。项目投产后,还将应用“氢氨转换技术”,届时还能生产120万吨/年的氨,终端用户再将氨转为氢,预计到2025年可正式生产氨。

世界多国已布局氨战略

事实上除了美国之外,全球范围内,目前日本、阿联酋、澳大利亚等国已将“氨”纳入其政府能源战略之中,韩国近日也有意将氨列入未来能源规划中。在韩国产业通商资源部12月7日主持召开的第二次氢气和氨气发电推进会议上,韩政府宣布将2022年作为氢气氨气发电元年,并制定发展计划和路线图,力求打造全球第一大氢气和氨气发电国。会议宣布,韩国政府明年共将投入400亿韩元用于有关设备基础设施建设,并于2023年前制定“氢气和氨气发电指南”,推广有关技术在LNG发电站使用。

日本则在2021年10月发布第六版能源战略计划中首次把氨能列入其中,战略提出,到2030年,利用氢和氨所生产出的电能将占日本能源消耗的1%。根据日本经济产业省公布的数据,到2030年,日本的发电用燃料中氢和氨将各占10%,到2050年,将在全球建成1亿吨规模的氨供应链网络。

我国关于氨的布局或许是从2018年初见端倪的。2018年,福州大学化肥催化剂国家工程研究中心与北京三聚环保公司等开发出世界首套以煤为原料的低碳安全高效“铁钌接力催化”合成氨成套新技术,实现在年产20万吨合成氨装置上工业应用,打破了国外近30年的技术垄断。

此举为我国的氢氨之间的转化奠定了技术基础。今年12月10日,福州大学、北京三聚环保新材料股份有限公司、紫金矿业集团股份有限公司在榕举行绿色能源重大产业项目战略合作签约仪式,成立合资公司,创建国内首家“氨-氢能源重大产业创新平台”,围绕“氨-氢”绿色能源重大技术开展深度合作,加快推动科技成果转化。中国将走出一条契合我国能源结构特点的“可再生能源电解制氢—清洁高效合成氨-安全低成本储运氨-氢能”的“零碳循环”全链条特色经济路线。

澳大利亚工程院院士程一兵在某氢能论坛上表示,氨作为一种零碳燃料,对硅酸盐建材和火力发电行业实现降碳目标具有重要的意义。氢氨融合是国际清洁能源的前瞻性、颠覆性、战略性的技术发展方向,是解决氢能发展重大瓶颈的有效途径,同时也是实现高温零碳燃料的重要技术路线。但需要注意的是,尽管国外已逐步开展氨氢融合应用项目,但国内的研究与应用仍较少。

据分析,到2050年、2060年即便全球实现碳中和,仍然有接近1/4的能源要依赖燃料,包括海运、长途重载汽车、炼钢、高温工业制造、航空等,因此需要氨燃料进行含碳燃料的替代,中国的氢能企业,是否考虑向氨转身?

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