日本电力巨头JERA表示，JERA正在与包括资源公司和可再生能源公司在内的约40家公司进行谈判，在未来的2~3年内，计划每年采购约50万吨氨。

JERA是东京电力公司与中部电力公司于2015年4月成立的合资公司。“JERA”为JAPAN（日本）和ERA（时代）的组合，寓意作为代表日本的能源业者，酝酿划时代的经营方针。公司总部设置在东京都中央区。

JERA公司由东电和中部电力各出资一半成立。两家电力公司在火电业务上的一揽子合作，建立之初希望在2017、2018年度将两家公司的现有火电站移交给双方各出资一半的新公司管理，从而实现合并。

一、氨燃料的市场需求

双碳背景下，寻找可快速规模化应用的清洁能源，已成时下的迫切需求之一。在汽车领域，纯电乘用车+氢燃料电池重卡，被广泛认为是高效的解决方案，但氢气受到运输、储存、成本、加氢站配套设施等多方面限制，难以像燃油、电力迅速在全国推广。

目前，亚洲，特别是中国和日本等工业国家，尽管太阳能及风力发电得到了长足的发展，但受到资源禀赋的限制，预计到2040年，燃煤发电仍将在电源构成中占40%左右的份额，导致3060计划的实现存在一定的困难。这与可再生能源禀赋优良的欧洲相比，减少温室气体排放方面还是存在相当差距。

目前，中国、日本等亚洲国家除在光伏、风力发电方面不断加大投入外，在氢能方面投入巨大，在天然气管道掺氢、氢燃料电池、燃气轮机掺氢燃烧等方面取得了一定的进展，但考虑到绿氢价格高昂、中国等国家以煤炭为主、天然气储量有限等的源特点，作为终极能源的氢能发展尚需时日。

二、氨燃料应用，从船舶开始

近期，挪威海工船船东Eidesvik和瓦锡兰将对一艘海工辅助船（OSV）进行改装，这也是全球首次在OSV上应用氨燃料驱动。

这艘海工船目前配备的是瓦锡兰的液化天然气双燃料发动机，改装后可使用70%的混合氨燃料来运行。而其最终目标是要在最低燃点燃料需求的条件下，实现100%氨燃料作为动力。

同时，船用发动机制造商曼恩(Man Energy Solutions)也正在制造一台二冲程氨动力发动机，计划在2024年前完成。且该公司预计氨气的价格将与液化石油气、液化天然气或甲醇等其他替代燃料差不多。

氨燃料适用于船舶发动机，代替污染严重的柴油，并可能在十年内在远洋船舶上应用。

氨作为化学品、纺织品、制冷剂和化肥的基本原料，在进行散装运输时会造成空气和水污染，还会与其他化学物质发生反应，产生温室气体。但氨在农业上的使用已经形成全球网络，这意味着储存冷藏氨作为运输燃料的基础设施已经存在。例如，美国已经有一条2000英里长的氨运输管道。

然而报告也显示，与柴油相比，氨燃料的能效较低。这意味着，使用绿色燃料的船舶需要留出更宝贵的空间储存燃料。此外，燃烧氨虽然不一定导致二氧化碳排放，但它确实会产生氮氧化物，这也是一种温室气体。报告认为，需要开发新技术来解决这个问题。

近期，在2021中国汽车工程学会年会暨展览会上，中国汽车工程学会理事长，中国工程院院士，清华大学教授李骏院士就建议应当重视氨燃料汽车的应用前景。同时，来自德国PTB国家实验室的弗南德斯教授，也对氨燃料的燃烧特性及其海外的研发情况进行了介绍。

氨，除了作为肥料外，具有燃烧过程中不会排放二氧化碳的特点，因此作为一种可以通过替代媒体来减少二氧化碳排放的发电燃料而越来越备受关注，其中，日本在这方面再次走在了世界前列，作为煤炭大国的中国，需要在氨燃料技术方面加大投入实现弯道超车，为3060愿景的实现增添更多的技术选项。

日本产业技术综合研究所和东北大学的研究小组在2014年9月就宣布，他们成功利用氨为原料，进行了燃气涡轮发电的验证实验。

尽管氨存在难以点火以及燃烧速度慢等问题，不过通过进一步改良，氨有望作为不排放二氧化碳的清洁燃料得到应用。

在实验过程中，研究人员先制作出了微型燃气涡轮发电装置，将作为燃料的煤油中约30％替换为气态氨，然后进行混合燃烧，成功地使输出功率达到21千瓦，与单纯以煤油为燃料时的输出功率基本相同，而排放的氮氧化物则不到10ppm（1ppm即百万分之一），完全符合环保标准。

研究人员说，由于采用了难以熄火的扩散燃烧方式，即着火后再将燃料喷入气缸的燃烧方式，从而使利用氨发电成为可能，这个实验明确显示氨拥有作为发电用燃料的潜力。

三、氢燃料的推广难题

「预期和现实不对称，原本的预期是在2018-2020年完成示范，2021-2025年完善所有的氢法规，但现在依然停留在示范阶段，而且连加氢防爆这类基础规范都没有。」李骏指出，「2025-2035年进入市场开拓期，行业有明显的增量预期，但是没有看到任何一个OEM发布产能、生产线相关的具体规划。」

李骏表示，氢燃料汽车虽然有数十年的研发历史，但其涉及的运输、存储、安全、成本、加注标准等问题，一直在困扰业界发展，由此产生的长尾效应亟待全行业思考。事实上，氢的运输储存是世界各国都在面对的难题。

在目前的技术条件下，不同的运氢方式均要面对一系列问题。高压气体运输需要严格限定储氢材料以及可承受的压力，还要考虑外界温度。液氢运输方式要消耗约30%运输氢的能量，使运输温度持续保持在使氢液化的-253°C左右。管道运输需要解决长期与高压接触，因氢气分子入侵导致的氢脆现象。

这意味着仅在运输方面，就直接带来了两方面难题：成本和效率。

成本方面，利用长管拖车运输要受到范围和容量限制，气态氢运输通常用于200公里内的运输方式，液氢最长也不超过1000公里，而且还要受环境温度影响。如上海为了保证高压气态氢的运输安全，在户外气温超过30℃时，仅允许在夜间运输。

一位中国钢研科技集团的负责人曾指出，如果一个地区有2000辆氢燃料电池商用车，长管拖车运氢的方式就可能不再适用，需要考虑更先进的管道运输方式。

然而，国内外低压氢气管道运输尚处于初步发展阶段，因为运氢的管道需选用低碳钢材且要特殊处理，造价是天然气管道的2倍。到2017年底，我国氢气管道总里程仅在400公里左右。根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》的预测，2030年也仅能超过3000公里。

这些问题加氢站也要面对，因为设备要求和建设难度更高，即使不计土地费用，单座加氢站的建设成本也达到了传统加油站的3倍。据测算，建设日加氢能力500kg、加注压力为35MPa的加氢站，成本约1200万元。这直接影响到了终端的加氢价格。

中金公司在近期发布的报告里指出，2020年我国终端氢加注成本普遍在50-80元/kg。从成本端看，制氢/运氢/加氢成本占比分别在37%/27%/36%。若要在能源使用端实现与柴油平价，终端氢价格需下降至30元/kg以内，氢能源各环节仍需进一步降本。

四、氨氢融合应对长尾效应

李骏认为，通过氨氢能源融合，打造氢能运、储、供新体系，可以解决当前氢面临的一系列难题。氨能源协会在2017年就已提出氨=氢2.0的新理念，也应对了当前在氢能源方面看到的制约。

氨是氮和氢的化合物，也是世界上产量最多的无机化合物之一，超过80%的氨被用于制作化肥，医药、人造皮革、尼龙、塑料、氨基酸等有机化合物的合成都离不开氨。

相比于氢，氨的来源和使用范围更广，成本更低，而且更容易储存和运输，也能用来制高纯度的氢。

标准大气压下，氨在-33℃就能液化，而液氢的运输温度需要降至-253℃左右，用于维持液氨运输所需低温的能量损耗相比液氢要低得多。而且，按照对于储运更有参考意义的体积能量密度计算，液氨是液氢的1.53倍，这也意味着同等条件下的运输方式，运输液氨获取的能量更多。

此外，氨在制氢方面也存在优势。氨分解制氢属于含氢化合物高温热分解制氢，价格低廉、安全性好、附加值低、不会产生碳氧化合物。同时，氨分解制氢体系的理论质量储氢量是17.6%，高于电解水的11.1%、甲醇-水蒸气重整的12%等制氢体系。

「如果想要在2050年达到预期的氢能源市场规模，还缺少缺一个桥，而这个桥就是氨。」李骏指出，氨氢结合是解决氢气储运环节的一种可行性方案，而且可以通过打造氨氢融合零碳燃料平台，实现多种交叉融合创新。

比如，通过给车辆装载液氨，再利用车载氨重整制氢技术，可以解决车载储氢瓶对于整车设计的困扰。基于热裂解催化分离技术打造的车载氨氢融合零碳燃料平台，既可以用于燃料电池，也可用于直接内燃机。

在燃料电池方面，通过间接氨电池系统（DSU+PEMFC）中的车载DSU使氨气中的氮-氢分离，可以生产出高纯度氢气供PEMFC系统工作。而且，因为液氨的体积能量密度是液氢的1.53倍，这种方式还可以更好的解决重型车辆长续驶里程难题。

如果不去分解，可以直接应用于联氨空气碱性燃料电池，氨气进入阳极，分解成氮气和氢气，氢质子穿过电解质层与阴极侧氧气反应生成水，也是一种零碳的应用方式。

用于内燃机方面，据德国PTB国家实验室的弗南德斯教授介绍，在氨作为主要燃料的情况下，因为其燃点过高且热值不够，需要与其它燃料混合改善燃烧特性。

李骏表示，不管是氨氢混合，还是与柴油或天然气混合，所需的内燃机都可以在现有柴油机的基础上迅速改装而成：如果做氨氢融合的新能源内燃机，在柴油机基础上改变9个总成零部件，就可实现基于氨氢的混合气燃烧，实现零碳排；如果做以柴油或天然气引燃的内燃机，只需调整7个零部件，最终可使二氧化碳排放量降低50%。

关于氨与柴油混合燃烧方案，弗南德斯通过建模测试发现，如果在混合燃料中增加氨的比例，或者提高燃烧温度，可以减少碳氧化合物的产生量，使其降低至50ppm（1ppm=0.001‰，百万分之一）以下，但这时有可能出现跳缸的情况，需要去关注。

同时，弗南德斯也做了与氢、甲醇混合的建模测试，发现与甲醇混合可以更好的改善其燃烧速度，增加作为主要燃料的工作效果：「即使用1%的甲醇，氨的反应也会迅速增强。只要加10%，氨的反应性就几乎接近氢。」

目前，已有多国推动了氨能源战略。美国提出了氨是美国能源独立的关键，在阿拉斯加、夏威夷、爱荷华三地打造可再生氨能源基地，同时正在建设一条长达3000英里（约合4828公里）的液氨运输管道。

今年4月，日本发布了「Japan embracing ammonia power to achiever 2050 zero CO₂target」氨能源战略，表示将成为2050实现碳中和计划的一部分。

五、氨仍潜在危险

尽管氨用于燃料电池或内燃机，均有良好的零碳或减碳效果，但氨本身也存在多方面的危险。如果想要在汽车领域实现大规模商用，还需要有稳妥的保险措施。

「不能只因为氨不含碳元素，就说它是完全绿色的能源。氨从哪里来，氨的制备是否符合零碳，气味非常难闻、液氨的腐蚀性等问题要如何解决，现在还尚没有确切答案。」工信部甲醇汽车推广应用专家指导委员会秘书长魏安力曾表示。

据专注气体分析领域的日本光明理化学公司的公开数据显示，氨气是一种有毒、无色、有强烈刺激性臭味的气体，20ppm就察觉到臭味，短时间接触容许浓度STEL是35ppm，立即威胁生命和健康浓度IDLH是300ppm。

此外，氨的自燃点虽然达到了651.1℃，用于内燃机还需要其它燃料引燃。但是，氨如果与大量空气混合，反而容易出现事故。氨在空气中的极限约为16-25%，浓度超过15%有引燃的危险，最易引燃浓度为17%。

在工业应用领域，已经因为氨泄露引发多起重大事故。

一位化肥厂液氨泄露事故亲历者表示：「液氨大量泄漏的时候，气温急剧下降，整个空间全部都是氨气，眼睛无法视物，喉部无法呼吸，体温无法保持，唯一的选择就是跑。往哪里跑还得取决于你对环境是否足够熟悉，周围是否有人阻碍。总得来说，逃生希望渺茫。」

事实上，氨充当做可替代能源的试验，最早在19世纪就已展开，但也多次因为安全问题放弃。

19世纪后期，柴油机之父鲁道夫·狄赛尔（Rudolf Diesel）对氨燃料发动机进行了7年的研究，后来因为安全和成本问题放弃。

如今氨重新走上台前，安全也随之成为被更多企业重视的核心因素，目前的商业尝试还多在船舶、航空产业。

作为氢动力船舶研究者之一，现代重工集团负责造船业务的二级控股公司韩国造船海洋，已在其位于釜山的韩国生产技术研究院（KITECH）东南本部建成了双重防止氨气泄漏处理装置的实证设备，计划对运行过程中的各种情况进行测试。

德国的MAN Energy Solutions所研发的氢动力船舶，发动机采用了双壁燃油管设计，以防止内管泄漏或破裂时气体逸出。同时，其搭载的机械通风系统将拦截任何泄漏的气体，并向船员发出警报。

作为能源，任何一种都有潜在的危险，任何一种能源也都有寻找到有效解决方案的阶段。多种能源配合是实现2050碳中和的有效方式，通过氨氢融合解决氢气储运问题，甚至作为独立的能源方向探索，已经被越来越多的产业关注。

2020年10月，JERA公司就提出了在2050年实现其公司业务中二氧化碳的净零排放的目标。而实现该目标的重要举措之一就是氨的利用，JERA计划在其爱知县碧南火力发电厂进行实证试验之后，到2030年之前正式投入使。其目标是在2035年之前，使日本使有燃煤发电厂的混烧率达到20%。

目前的问题在于氨的来源，据估计，一台100万千瓦的燃煤发电厂，要想混烧20%的氨，每年需要供给大约50万吨氨，如果要将日本大型电力公司的全部煤炭燃料完全转换为氨的话，每年需要1亿吨氨。这相对于目前全球氨进出口量的五倍。如果氨作为燃料大范围推广，势必导致用作肥料的氨价格飞涨，因此构建一个新的氨供应链极为重要。

文章来源： 老树新叶聊科技，AutoxByte