氨是一種工業(yè)上常見的氣體，也是化肥行業(yè)的基石。不過，一般來說，氨很難和清潔能源聯(lián)系起來。但是，在日本，政府和各大企業(yè)正在重新開發(fā)氨的應用，將其向清潔能源轉(zhuǎn)化，并逐步建立起氨能市場。
政府積極推動氨經(jīng)濟
根據(jù)日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的規(guī)劃，到2030年，日本需要將溫室氣體排放量減少到2013年的46%。由于對核能持謹慎態(tài)度且當?shù)乜稍偕茉吹倪x擇很少，日本仍然需要依靠火力發(fā)電，而氨燃燒并不產(chǎn)生二氧化碳。據(jù)此，日本政府認為氨是一個可行的能源解決方案。
日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省表示，日本的減排規(guī)劃可能會使日本每年的氨消費量增加兩倍，到2030年達到400萬噸。到2050年，日本希望將所有的燃煤發(fā)電廠的燃料全部轉(zhuǎn)換為氨，每年的氨消費量將達到3000萬噸。三菱瓦斯化學基礎化工部門總經(jīng)理鈴木伸之表示：“在火力發(fā)電方面，氨可能是日本的救星。”
直到最近，氨似乎還不是一種應用范圍廣闊的化學品。它是一種易燃、有毒的氣體，在日本受到一些安全法規(guī)的監(jiān)管。氨長期是主要的化肥和化學品原料，化工和航運行業(yè)的公司有豐富的儲運和處理經(jīng)驗。在日本政府的資助下，日本一些化工企業(yè)已經(jīng)開始了技術開發(fā)和示范項目，每個項目的投資都達到了數(shù)億美元。
清潔氨項目開始啟動
在政府推動下，日本清潔氨項目已經(jīng)開始起步。2020年，沙特基礎工業(yè)公司(SABIC)與日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合研究機構(NEDO)合作從沙特向日本運送了40噸藍色氨，以測試氨用于發(fā)電的可行性。2021年12月，三菱瓦斯化學、宇部工業(yè)、住友化學和三井化學宣布計劃在日本啟動清潔氨研究項目。
三井化學和宇部工業(yè)目前仍在日本生產(chǎn)常規(guī)氨。2015年，三菱瓦斯化學關閉了新潟工廠內(nèi)的氨生產(chǎn)裝置，停止了日本國內(nèi)氨生產(chǎn)，但仍在該工廠生產(chǎn)氨衍生物。2016年，三菱瓦斯化學投資印尼氨生產(chǎn)商Panca Amara Utama(PAU)，于2018年開始投產(chǎn)，三菱瓦斯化學則開始向日本國內(nèi)進口PAU合成氨工廠生產(chǎn)的氨。2021年，PAU開始了一項研究，通過捕獲生產(chǎn)過程產(chǎn)生二氧化碳的方式將該工廠生產(chǎn)的常規(guī)氨變成藍氨。
多年來，這4家公司都積累了氨安全生產(chǎn)、運輸和使用方面的專業(yè)知識。鈴木伸之表示：“我們多年來從事氨冷凍罐和高壓罐的操作和維護，對專業(yè)船舶和地下管道的操作有足夠的知識。”他表示，4家企業(yè)成員正攜手合作，在日本進口、生產(chǎn)和分銷氨方面追求規(guī)模經(jīng)濟。他們還把目光投向了海外項目，那里的清潔氨生產(chǎn)成本更低。鈴木伸之表示：“我們希望在2030年前確保有競爭力的氨的穩(wěn)定供應。要做到這一點，這些公司需要建立更多的基礎設施來處理氨。例如，當每年進口50萬噸氨時，我們至少需要兩個終端。僅為這些終端建造儲罐就將花費8000多萬美元。”
除了進口更多的氨外，日本化學公司也在探索本土生產(chǎn)綠氨。例如，旭化成公司希望利用剩余的可再生能源通過堿性電解工藝分解水來制氫氣。2021年8月，旭化成公司和工程公司日揮控股公司啟動了一個項目，展示如何使用10兆瓦的水電解裝置制造用于氨生產(chǎn)的氫氣，其目標是以模塊化的方式復制設置，以實現(xiàn)在日本或海外的商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
除了在發(fā)電廠取代煤炭，氨還可以在裂解爐取代甲烷作為燃料。今年2月，三井化學與丸善石化、東洋工程和雙日機械共同啟動了該方案的可行性測試項目。三井化學表示：“考慮到碳定價和2030年清潔氨的預估市場價格，這項技術具有成本優(yōu)勢。”這4家公司組成的財團計劃在三井化學大阪工廠內(nèi)新建一座1萬噸/年的石腦油裂解爐，并在那里進行驗證測試，并將在丸善石化位于千葉的工廠建造一個更大的裂解爐進行驗證。三井化學表示：“如果日本國內(nèi)乙烯生產(chǎn)商改用氨燃料，日本化工產(chǎn)業(yè)的碳排放量將比現(xiàn)在減少1040萬噸。”
研發(fā)制氨新工藝
除常規(guī)制氨路線外，部分日本企業(yè)還在研究氨的清潔制備工藝。東京工業(yè)大學的初創(chuàng)企業(yè)燕BHB公司開發(fā)了一種比傳統(tǒng)哈伯—博施制氨工藝在更低的溫度和壓力下合成氨的工藝。該公司表示，采用東京工業(yè)大學細野秀雄教授設計的催化劑，該工藝將溫度降低了約25%，壓力降低了75%以上。燕BHB公司首席執(zhí)行官渡邊政宏表示：“對于在本地生產(chǎn)氨供本地消費的行業(yè)，這種設備可取代傳統(tǒng)方法，因為其所需的氫氣可以從水和當?shù)氐目稍偕茉粗蝎@得。”
燕BHB計劃在其股東味之素公司川崎工廠內(nèi)年產(chǎn)20噸氨基酸的裝置中測試該工藝。燕BHB公司設想，在生產(chǎn)氨基酸、化肥和其他化學品的工廠中建立大量的小型氨裝置，同時也可以在半導體工廠建立這種小型氨裝置，提供用于沉積氮化膜的氨。此外，燕BHB還計劃通過與日本政府、東京電力以及千代田工程等公司今年1月成立的氨能合資企業(yè)合作，實現(xiàn)燃料氨的大規(guī)模生產(chǎn)。
日本將氨轉(zhuǎn)化為燃料的道路將是漫長的。但鈴木伸之表示，多家公司和政府加入氨市場讓從業(yè)者感到鼓。鈴木伸之認為，是時候從更大、更宏觀的角度討論日本的氨市場了。
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