在作为脱碳化燃料而受到关注的氨领域，企业正在加强开发新的制造技术。日本大阪燃气等出资的美国新兴企业开发低压制造技术。此外，出光兴产将在2024年之前验证把生产成本抑制在约一半的技术。氨的制造目前仍以约100年前确立的方法为主，但也在不断推进转向更为清洁和廉价的制造技术。
在美国科罗拉多州的首府丹佛，挑战新一代氨制造技术开发的美国初创企业Starfire Energy的研究所坐落于此。该公司开发了所需压力仅为此前约1/10的制造技术，目前具备每天100公斤的产能，力争今后进一步实现大型化。
氨是氢和氮的化合物，目前被用于肥料等。不过，由于燃烧时不排放二氧化碳，在全球脱碳化的背景下，氨作为清洁燃料的运用日趋受到期待。以氨为燃料来发电还具备容易使用现有火力发电设备的优点。
当前，氨的制造主要采用20世纪初期开发的“哈伯-博施法（HB法）”。通过合成以化石燃料制成的氢气和空气中的氮来制造。
不过，在中间阶段制造氢时会排放大量二氧化碳，而且合成氢和氮时需要摄氏400~600度、100~300个标准大气压的条件，消耗大量的能源。据悉氨制造过程中的二氧化碳排放量占到全球整体的3％。
目前对于制造过程的脱碳化，将制造氢气时排放的二氧化碳封存于地下的“蓝氨”和使用以太阳能等可再生能源制造的氢的“绿氨”受到期待。除此之外，还需要改善形成高温高压状态的工序。
Starfire Energy将贵金属钌等用作催化剂，成功将所需压力降至约10~30个大气压。与哈伯-博施法采用的铁催化剂相比，即使在低压下也容易产生反应。生产设备形成将多种零部件组合起来的“模块化”，可安装在风电场等附近，有效利用可再生能源电力，能高效生产氨。
源自可再生能源的电力受气象影响，发电量容易波动，如果采用可再生能源电力，氨制造也容易变得不稳定。Starfire Energy采用的机制是利用相关设备使制造氨所需的氮和氢不断循环，即使电力减少，也不影响氨的制造。
该公司表示，利用这个方法，可使氨制造过程中的二氧化碳排放量减为零。该公司CEO John LoPorto强调称，“氨对于美国的电力公司来说将成为改变规则的燃料”。能够以低于美国市场价的价格制造氨。到2025年将以商用规模面向发电和船舶的燃料等启动供货。向该公司出资的大阪燃气在技术方面提供支援。
日本的大型企业也致力于开发氨的制造方法。
出光兴产携手东芝和日产化学等，力争在2024年之前开发利用水和空气直接合成氨的大规模制造方法。这样一来，省去了制造氢的工序，而且由于采用含有钼等的催化剂，能以摄氏20度、1个大气压进行制造。力争使制造时的成本和二氧化碳排放量比现有技术减少一半。
如果采用廉价的可再生能源电力，能够将包括运输费等在内的氨发电成本，降至每千瓦时20日元以下，低于燃气火力发电。
出光兴产等改进东京大学教授西林仁昭的研发团队开发的利用水和空气在常温常压下合成氨的方法，确立新的制造方法。采用源自可再生能源的电力，对加入催化剂等的水进行电解，注入空气就能形成氨。在日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“绿色创新基金事业”当中，被采纳为制造氨的新方法。
东京大学西林教授等开发的氨合成设备
出光兴产的负责人表示，“如果能确立去掉氢制造过程的制法，将迈向二氧化碳排放少的氨发电的实用化”。课题是找到制造时使用的二碘化钐的代替品。钐属于稀土金属，价格昂贵，力争更换为容易获得的其他材料。
源自东京工业大学的初创企业Tsubame BHB开发出了以自主催化剂、以低于哈伯-博施法的温度和气压来合成氨的方法。能使制造设备比以往更加小型化，容易确保风电场附近等设置场地。计划最早在2024年启动商业运行。
如果日本的大型电力公司拥有的所有煤炭火力发电站将燃料全部改为氨，能使二氧化碳的年排放量减少约2亿吨。也就是说，能削减日本国内总排放量的约2成。JERA于2021年在爱知县的碧南火力发电站启动了加入氨进行发电的试验。日本政府在能源基本计划中，提出在2050年之前使氢和氨成为电力的主要供应来源等的方针。
JERA的碧南火力发电站
氨在船舶燃料方面的运用也受到期待。与电力领域不同，船舶一直以来难以改变燃料。如果不排放二氧化碳的氨的制造技术得以普及，船舶燃料也就有了更多的脱碳化选项。
日本国内需求到2050年增至30倍
日本资源能源厅的统计显示，日本国内的氨需求在发电等领域将会增加，到2030年将从现在的年108万吨增至300万吨。预计到2050年增至3000万吨。存在供应跟不上膨胀的需求这一风险。
氨的贸易量很少。日本经济产业省的资料显示，全球的原料用氨的产量截至2019年约为2亿吨，其中大部分在产地被消费，贸易量仅占约1成。
要应对将来的需求增加，今后需要建立新的供应链。同时还要普及大量制造廉价且清洁的氨的技术，否则的话将无法推广使用。
对于将氨作为发电燃料加以利用，也存在慎重意见。日本自然能源财团的常务理事大野辉之指出，“由于成本很高，在自然能源正在普及的欧洲，没有推进关于氨发电的研究。日本也应将资金投向风力发电和氢等的开发”。
但在日本，对氨发电的期待比较大。日本作为岛国，与欧洲不同，难以与其他国家进行电力互通等，如果可再生能源普及，存在电力供求关系崩溃、停电风险提高的可能。如果发电量稳定的氨发电得到普及，就能兼顾减排和电源稳定。
此外，还有一个情况在于，日本适合太阳能和风力发电的地点较少。为了实现日本政府提出的到2050年实现温室气体净零排放的目标，仍需要开发和普及氨制造技术。
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本文来自微信公众号 “日经中文网”（ID：rijingzhongwenwang），作者：落合修平、北川舞，36氪经授权发布。
关键词： 制造技术
