产业化瓶颈方面,资本密集型性质是绿色制氨产业化的主要障碍,主要源于通过可再生能源和电解槽等路径制备绿氨的成本高于传统工艺,因此除非成本进一步下降,否则多数合成氨制造商将较难从传统的合成氨生产转向绿色合成氨生产。就目前来看,中国、日本的大型化工企业仍继续采用天然气蒸汽甲烷化的传统技术,近两年投资建厂的绿氨项目主要以全球巨头、我国大型企业和government支持项目为主。总体来看,在碳减排的全球化背景下,部分国家加强碳税收政策、我国government资金支持低碳项目,国际巨头及我国大型企业积极响应政策号召,带头布局绿氨能源并提前布局市场,未来十年内,在政企的联合推动下,绿氨产业将飞速发展。绿氨技术对于实现氨气的可持续生产具有重要意义。风能绿氢制氨现状
对氨的需求正在增长。前路有哪些挑战?绿氨的生产尚处早期阶段,未来需要大量的投资和基础设施建设来扩大规模。与此同时,由于氨有毒性,其运输和储存还需要考虑安全因素。尽管如此,氨的发展仍然对脱碳困难的行业大有裨益。世界经济论坛的“先行者联盟”正共同努力,为难以减排的行业制定清洁技术解决方案,如铝、航空、化学品、混凝土、航运、钢铁和货运等行业。这些行业的排放量占全球排放量的30%。以航运和物流公司礼诺航运为例,它在2022年加入“先行者联盟”,并承诺到2030年至少在5%的深海业务中使用绿氨或绿醇。辽宁氨转氢储存绿氨制氨过程中需要控制氢气和氮气的摩尔比和反应条件。
绿氢、绿氨制取过程,以化石燃料为主的合成氨需要大幅减排,而经由绿电、绿氢产生的绿氨能够实现接近“零碳”排放。根据国际能源署预测,在可持续发展情景中,基于电解水制氢技术和CCS,预计到2050年氨生产的碳排放强度将下降78%。其中,通过电解水制氢再合成绿氨减少的二氧化碳排放量占比,将从这里的微乎其微提高到之后的29%。氨生产技术的绿色化,也将直接减少产业链上的碳排放。《报告》指出,氨合成尿素的阶段耦合CCS,捕捉冶金、炼化等行业排放的二氧化碳,经过化学反应形成的尿素也接近“零碳”排放。
20摄氏度、1个气压这种“常温常压”下也能使用的催化剂也出现了研究成果。东京大学的西林仁昭教授等人利用水和空气成功合成了氨。利用包括被普遍使用的二碘化钐和金属钼的催化剂,使空气中的氮与水发生反应。据称无需使用化石燃料,可以大幅节能。西林教授表示,“催化剂的性能很高,如果改良后能长期使用,就能实现实用化。希望通过这一‘哈伯-博施法’之后的方式,推动解决全球环境问题”。氨的制备工艺包括灰氨、蓝氨、绿氨三种工艺。 农业氢转氨技术的应用可以提高农业生产的效率和可持续性。
灰氨主要由天然气蒸汽重整氢气及空气分离的氮气再通过传统哈伯法(Haber-Bosch)进行合成,传统的Haber-Bosch 合成 NH3 工艺包括使用蒸汽甲烷重整(SMR)生产 H2,其占全球年能耗的 1-2%,导致每年约 2.35 亿吨 CO2排放,这些 CO2 排放中约 80%源自H2 的生产(通过能源密集型 SMR 工艺与空气中的 N2 反应生成形成 NH3)。由于作为 SMR 直接排放 CO2,因此该工艺难以脱碳。传统的 Haber-Bosch 工艺已经沿用上百年,对环境造成了较大的影响;蓝氨工艺与灰氨基本相似,但会对工艺流程进行碳捕集与封存(CCS)。绿氨是一种具有强烈刺激性的气体,需避免直接接触皮肤和眼睛。光能绿氢制氨装置
风能氨转氢技术的创新有助于解决风能资源波动性和储能问题。风能绿氢制氨现状
IRENA“可再生氨”(Renewable Ammonia)定义,2022年,国际可再生能源署(IRENA)和氨能协会(AEA)联合发布《创新展望:可再生氨》,报告中定义“可再生氨”(Renewable Ammonia)是利用可再生电力生产的氢气和从空气中净化的氮气生产的。可再生氨用于生产氨的所有原料和能源都必须是可再生能源(生物质、太阳能、风能、水电、地热等)。国际可再生能源署对于生产每单位绿氨的二氧化碳当量没有明确规定。中国“绿氨”定义,目前,国内关于“绿氨”尚无官方机构和有威信组织的统一定义。行业内具备相关发声,国内企业对绿氨的定义主要关注其原料氢是否由可再生能源电力制取,对生产过程中的碳排没有明确的要求。风能绿氢制氨现状