目前,氨作为氢能首选出口载体,这主要取决于三个优势:
1、能量密度
2、成熟的合成技术以及现有供应链
3、本身不含碳元素,不产生碳排放
氨的能量密度可保证氢能的有效运输
全球氢贸易面临的最大技术挑战是常温常压下体积较大,难以运输。这个问题的常规解决方式是:通过高压(通常高于200 bar)成压缩氢,或低温(-253°C)压缩氢气液化后,体积压缩至常温常压下的1/800,通过管道或罐装船舶来运输。
在相对较低的压力条件下,使用液态氢载体(如氨NH3)的优势在于氨的能量密度分别是压缩氢的3倍和液化氢的1.5倍。因此,使用氨远距离输出氢气需要更少的船只即可运输相同数量的氢能。
图表:能量密度是氨气作为氢能载体的关键因素
氨的合成技术及现有供应链较为成熟
氨的合成、储存和运输是一个成熟的产业。氨的现有市场规模约为每年产量1.8亿吨,大部分与下游尿素、化肥或硝酸铵等配套生产。目前氨每年海运贸易量约为2,000万吨,世界级氨厂产量约为200万吨每年。
相比之下,压缩氢气船尚未实现商业化,少量压缩氢气仍通过拖车气缸运输。拟建的最大液氢工厂年产量在15,000-30,000 吨之间,唯一一艘在建的液氢船(川崎重工的概念船)拥有约100吨的储存能力。液态有机氢载体(LOHC),如用于加氢/脱氢过程的甲苯/甲基环己烷系统,也已进行试点生产,但技术水平尚不成熟。
甲醇是另一种潜在的氢衍生物,可用作载体和清洁燃料。但甲醇含有碳元素,在燃烧后会释放二氧化碳,不利于环境。
各种氢载体技术将继续发展,但规模化的氨供应链已然存在。
氨的利用本身就有可能推动脱碳进程
低碳氨本身也被认为是一种潜在的脱碳燃料,可以在现有领域或者新领域中代替灰氨或其它化石燃料的使用。日本和德国等国热衷于在发电中使用氨,韩国已宣布计划将氨混合到热电厂中,以替代20%的煤炭使用量。氨也可运用于供暖领域。
氨也可用于运输领域。在船舶加油领域尤其如此,发动机制造商正在为船舶开发使用包括氨在内的双燃料运行的内燃机,以满足国际海事组织的脱碳目标。在高温下使用固体氧化物电解槽的氨燃料电池的性能与氢气相似。由于储氢场地稀缺,氨可能会成为一种商业储能介质。
氨会成为氢能贸易的主要运输载体吗?
氨所面临的挑战仍然存在。其能量密度可能高于液态氢,但煤制氨、天然气制氨,其生产和运输成本很高。作为有毒化学品,氨在传统行业的生产和处理过程中受到严格监管。一旦氨发生释放或泄漏的情况,新兴终端用途将会受限。
虽然作为一种潜在的氢载体,氨可以通过裂解或逆转合成反应生成,但大规模推进这条发展路线面临技术和商业挑战。氨不太可能作为新燃料在所有领域都取代氢,可能会出现其它大规模长距离运输氢的商业化方式。因此,氨作为氢的载体并非是氢贸易的最终目标。
然而,无论是在传统氨市场还是新型氨市场,低碳氨都可以利用现有技术和供应链来实现长距离高效运输,在全球脱碳中发挥重要作用。
因此,氨在当前的氢能出口项目浪潮中占据主导地位也就不足为奇了。但要取得成功,无数潜在供应商需要对未来低碳氨市场的真实规模,有更清晰的认识。
原标题: “氨-氢”低碳经济如何助力氢能出口贸易?