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氨为什么取代氢成为主角?

2022-01-24 20:39:53
来源:中国船检 编辑: 国际船舶网 我有话要说

氨作为氢的首选载体,主导着当前氢气出口项目的浪潮。国际能源咨询公司伍德麦肯兹(Wood Mackenzie)的氢气项目追踪计划关注了全球已公布的氢气供应项目的进展,结果显示,迄今为止在中东、澳大利亚、拉丁美洲和非洲宣布的100多个低碳氢气供应项目中大部分都是针对出口的。

Wood Mackenzie氢气咨询主管Noel Tomnay表示,这些项目中有85%以上的产能在某种程度上是氨和氢的融合,其中氨用于出口市场,剩下的氢气则主要针对国内市场。

目前,氨是氢出口的首选载体,原因有三:能量密度,成熟的合成技术和现有的供应链,氨本身具备的推动脱碳的潜力。

❖ 氨的能量密度使其能高效运输氢

可以说,全球氢贸易面临的最大技术挑战是其在正常温度和压力下的绝对体积。这个问题可以通过压缩氢气(通常高于200 bar)并通过管道或罐装船运来解决。或者,也可以通过将温度降低到-253°C使氢气液化,在正常条件下将其体积缩小到1/800。

而在相对较低的压力下以液体形式使用氨等能量载体来运输氢则具有显著优势——能量密度可达到压缩氢的3倍、液化氢的1.5倍。因此,使用氨来进行氢的远距离出口,运输同等能量所需的船舶数量要少得多。

❖ 成熟的氨气合成技术和供应链

氨的合成、储存和运输是一个成熟的产业。现有的氨市场约为每年1.8亿吨(Mtpa),主要是与衍生物(如尿素)或化肥(如硝酸铵)的生产相结合。目前,氨的海运贸易量约为2000万吨/年,一个世界级的氨工厂产量约为每年200万吨。相比之下,运输压缩氢气的船舶尚未实现商业化。

计划建造的最大液氢工厂产量在1.5万~3万吨/年的范围内,目前唯一一艘正在建造的液氢运输船——川崎重工的概念验证船,具有约100吨的存储容量。液态有机氢载体(LOHC),例如用于加氢/脱氢工艺的甲苯/甲基环己烷系统也已试行,但该技术目前还不够先进。

甲醇是另一种潜在的氢衍生物,可用作载体以及清洁燃料。然而,由于其碳含量的问题,因此存在排放问题。

各种氢载体技术仍将继续发展,但大规模的氨供应链已经存在。

❖ 氨本身的脱碳潜力

低碳氨本身也被视为脱碳的潜在燃料,它可以取代现有行业中的灰氨或其他化石燃料,并在新的领域实现潜在增长。

日本和德国等反核国家特别热衷于在发电过程中使用氨,而韩国则宣布将氨应用到热电厂中,取代20%的煤炭使用量的计划。在供暖领域,氨的作用也在不断增长,包括用作热泵中的清洁热交换器。

氨也可能在运输业中发挥作用。在船舶燃油加注领域尤其如此,发动机制造商正在开发可供船舶使用双燃料(包括氨)运行的内燃机,以满足国际海事组织的脱碳目标。

还有研究声称,在高温下使用固体氧化物电解槽的氨燃料电池可以实现类似氢气的性能。

由于储氢站点稀缺,氨可能成为氢能储存的一种商业介质。

❖ 氨是否会被用作氢能贸易的首选载体?

氨的应用并非没有挑战。其能量密度可能高于液态氢,但它是LNG和汽油的一小部分,因此生产和运输成本高昂。作为有毒化学品,氨在传统行业的生产和处理受到管制,氨气释放或溢出的风险将限制其在新型用途的需求。

虽然氨是氢的潜在载体,可以通过裂解或逆转合成反应来解锁,但大规模推进却面临着技术和商业挑战,氨不太可能在所有领域取代氢作为燃料,市场上可能会出现其他大规模商业远距离运输氢气的方法。因此,氨用作氢的载体不太可能成为氢气贸易的终局。

不过,低碳氨仍可以在全球脱碳中发挥重要作用。可以轻松利用现有的技术和供应链来实现远距离的高效运输。

由此可见,氨能够主导当前氢气出口项目浪潮也就不足为奇了。但若要取得成功,大量潜在的供应商需要更好地了解未来低碳氨市场的真实规模。

 

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