在我们的生活中,从农业生产的肥料,到工业生产的保护气、还原气,再到工业窑炉烟气处理的SCR还原剂,再到柴油机尾气处理的尿素,其实都源于液氨。而我国早有非常成熟的氨运输和分配体系。
氨,NH3,是一种无碳的无机化合物,是自然界中含氢量最大的化合物,含氢量达到17.6%。质量能量密度也很高,是液氢的1.5倍。而氨的液化温度只有-33℃,非常容易液化,能在常温下被液化,使储运量大幅提升。
与之相比,氢的液化温度则需要降至-253℃,如果要运输液氢,只能配备制冷机,会浪费大量能量,且同体积的液氨比液氢多至少60%的氢。而采用高压运输氢气的方式,更使高压氢的运输量不如转氨载氢运输的1/5。可见以氨的形式运载氢气会有极大的优势,经济性优势凸显,因此以氨储氢、供氢、代氢是氢能的发展趋势之一。
值得注意的是,氨还是一种零碳燃料。氨和氧的燃烧反应产物为水和氮气。氮气约占空气的78%,显然氮气也不是什么污染气体,可见氨也是理想的无碳燃料。
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。据分析,即使在三四十年后全球实现了碳中和,届时仍然有接近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。
基于氨的上述特性,业内开始追求氨氢能源融合,打造氢能储运新体系。此外, 国内外还开始将氨氢混烧燃料作为重要的减碳途径之一。使国际能源资本开始大举进入绿氨行业。
由于康明斯在质子交换膜电解水制氢领域行业领先,KBR拥有先进的制氨技术。双方联手推广利用可再生能源生产绿氨。
普拉格则致力于提供电解设备用于分解绿氨,作为富氢燃料使用。
美国最大气体产品在沙特建绿氢工厂,还将应用“氢氨转换技术”生产氨,再通过以运输氨的方式运输氢,再让终端用户再将氨转为氢以使用氢能源。
此外,日本也高度重视氨燃料产业链布局,大幅度向煤、氨氢混烧迈进,但由于日本不具备丰富的光伏资源生产氨氢,将准备从澳洲进口大量的液氨,并准备在全球建设氨供应链。
目前,高压储氢罐成本约为50-60万元/个,而深冷液氢储运设备成本为120-150万元/套,无论以哪种方式运输氢气都会有巨大的成本。
由于氨的储运体系成熟,且液氨的储运更安全。储罐的成本只有高压储氢罐的50分之一。同时,氨的储运能耗及损失比氢低很多,同样距离和输送条件下,氨甚至比天然气可输送多的能量还要多一倍,如果以后具备大量的液氨生产基地,直接可以改造天然气管道就可以运输液氨。
程一兵也认为,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。
尽管氨燃料在原理上具有巨大的使用远景,但当前落实到具体应用层面,氨燃料 仍存在技术挑战。首先,氨燃烧速度和热值较低,且远低于氢,不利于高效率的工业应用,其次,氨不太容易点燃和实现稳定燃烧。此外,实现大规模的氨氢转换与储运,需要在大容量储运设备、催化剂等方面进行进一步技术攻关。