客观日本

利用可再生能源脱碳制氨,原料为空气和水,将在秋田和老挝进行验证

2021年02月18日 能源环境

在不排放二氧化碳(CO2)的情况下制造全球广泛使用的氨的技术已经开发出来。该技术不使用化石燃料,而是利用可再生能源通过空气和水合成氨。氨还可以作为即使燃烧也不会排放CO2的燃料使用,有望成为实现脱碳社会的关键。

全球每年的氨产量约为1.8亿吨,与基础化学原料乙烯等一样,都是需求量比较大的化工品,被广泛用作合成纤维和化学肥料等的原料。氨近年来受到关注的原因是,可以从中轻松提取燃料电池使用的氢。氨比氢更容易液化,还方便运输。作为取代石油和煤炭的发电用燃料,日本政府出台的“绿色经济增长战略”中也提出了导入氨的目标。

目前工业制氨仍在使用20世纪初开发的“哈柏法”。该技术是从天然气等燃料中提取氢,然后与空气中的氮发生反应。反应需要在400~600摄氏度和100~300个大气压的高温高压下进行,据估算,生产氨消耗的能源约占全球能源消耗的1%。而且还会排放大量的CO2,占CO2总排放量的3%以上。

为减少CO2排放,产业界积极推进了利用电解水获得的氢来制氨的“绿色氨”生产。已经开发出以少量能源有效制氨的技术,即使利用可再生能源,也有望实现具有成本竞争力的绿色氨。

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东京工业大学的原亨和教授等人开发的新型催化剂由钙(Ca)和钌(Ru)等构成

新技术的关键在于能以低温低压合成氨的催化剂。东京工业大学的原亨和教授开发出了由钙和贵金属钌等构成、能在50度以下的温度下合成氨的催化剂。东京工业大学的细野秀雄荣誉教授也开发过由水泥成分构成的,能在低温低压下合成氨的催化剂技术“电子化合物”。

着眼于绿色氨的日本秋田县大潟村计划2022年以后利用可再生能源开展试验性制氨。村内的大规模光伏发电设备和附近的风力发电设备可以满足电力需求。还打算与秋田县和企业等合作,将生产的绿色氨用于农业等用途。

另外,还计划与秋田县立大学和东京农业大学合作,开发直接将氨作为肥料使用的栽培法。大潟村村长高桥浩人说:“村里有很多从事有机栽培的农户。利用绿色氨的话,可以进一步宣传环保农业。”如果验证实验进展顺利,计划向日本各地推广新技术。

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秋田县大潟村的验证实验还打算从附近的风力发电设备采购电力

味之素公司与东京工业大学等成立的Tsubame BHB公司(东京中央区)计划在老挝利用水力发电的剩余电力生产氨。预定使用细野教授开发的催化剂。将与日本国际协力机构(JICA)等合作,从2021年4月开始进行商业化调查。

老挝有很多适合水力发电的地区,一直在向邻国出口电力。但供电网的建设比较滞后,剩余电力可能无法得到充分利用。Tsubame BHB公司的目标是利用这些电力制造氨并生产肥料,培育出口产业。

目前的制氨设备体积巨大,而新技术可以利用小规模装置制造氨。设想在水力发电站等的附近合成氨,并在同一场所制造肥料。

此外还具有可节约氨运输费用和减少CO2排放的优点。东京工业大学的原亨和教授根据美国明尼苏达州立大学的调查估算,绿色氨生产合成所需的能源消耗会有所增加,但运输费用减少,因此氨的价格可降低3~40%。

海外方面,美国大型肥料厂商CF Industries和挪威大型肥料厂商亚拉国际(Yara International)正计划利用电解水获得的氢来制氨。预定在2020年代中期导入制氢设备。

不过,合成氨需要使用大量电力。要想利用发电量容易随着天气变化的可再生能源,必须使用节能技术。

日文:三隅勇气、铃木游哉,《日本经济新闻》,2021年2月8日
中文:JST客观日本编辑部

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