作為化學肥料與合成纖維原料使用的氨，作為脫碳化的「王牌」受到了很大關注。氨不僅是作為運輸氫的液體，由於燃燒後不排放二氧化碳，作為替代煤炭的清潔燃料也受到期待。目前的製造方法大量消耗化石燃料和能源，掌握更為清潔且高效的合成技術成為關鍵。參考日本專利廳發佈的報告書，日本經濟新聞（中文版：日經中文網）探尋了全球氨相關技術的開發動向等。

  

美國CF工業公司

   

      「綠氨」指的是利用可再生能源製造，完全不産生二氧化碳。肥料大型企業美國CF工業將於2023年開始年産2萬噸的商業生産。投入約1億美元，在路易斯安那州的氨製造設施內，建設通過電解水來製造氫氣的設備。該氫能設備採用可再生能源，從德國的鋼鐵機械製造商蒂森克虜伯採購。

 

  

      CF工業計劃在北美和英國的9個氨生産基地推進脫碳化。總裁兼首席執行官（CEO）托尼威爾(Tony Will)表示：「氨是使氫的儲藏和運輸變為可能的重要因素」。

  

  

      轉向綠氨是世界潮流，日本也將推進同樣的計劃。旭化成和日揮控股計劃在福島縣浪江町建設驗證設備，自2024年度起每天生産數噸綠氨。旭化成採用1萬千瓦電力的氫生産設備已投入運作，還將建設氨合成工廠。將在獲得國家資助的同時，到2027年度將氫製造設備提高至4萬千瓦，力爭通過量産大幅降低成本。

 

      比氫氣容易處理

 

      氨比同樣在燃燒時不排放二氧化碳的氫更容易處理。如果為20攝氏度，氨在約8.5個氣壓下將變為液體。與需要降至零下253度以下的氫相比，能使用現在的儲藏罐，運輸更加容易。發現了不産生有害氮氧化物的燃燒方法，作為煤炭火力發電站的燃料也受到關注。

 

      愛爾蘭調查公司Research and Markets的數據顯示，預計綠氨的世界市場規模將從2019年的約1300萬美元增加至2028年的8.5億美元，之後也有望持續擴大。

  

  

      氨通過使氫和氮發生化學反應來製造。聯合國糧農組織（FAO）的統計顯示，全球産量約為1.9億噸。通過使天然氣和高溫水蒸氣發生反應來製取氫，會排放大量二氧化碳。大部分氨則通過20世紀初開發的「哈伯-博施法（HB法）」來製造，需要400～500攝氏度、100～300個氣壓的條件。製造1噸氨的過程排放約1.6噸二氧化碳。據悉，如果使用源自可再生能源的氫，可減排7～8成。

 

      要合成氨，需要加壓和提高溫度，消耗能源。在低溫低壓等溫和條件下也能發生反應的技術不可或缺。

 

  

      日本專利廳的「需求即刻滿足型技術動向調查報告書」顯示，在氨合成技術的專利和受到關注的成果中，引人關注的是日本和歐洲的企業與大學。

 

  

      從2003～2017年申請的專利數來看，瑞士的工程企業Casale排在首位。包括第3位的德國蒂森克虜伯集團、第5位的丹麥托普索（HaldorTopsoe）等在內，前10以內有5家歐洲企業。日本也有三菱重工、豐田和東京工業大學等4家企業與大學躋身前十。

 

      在催化劑開發上展開競爭

 

      氮分子由2個氮原子強烈結合而成，即使加熱到800度也難以分開。降低切斷原子結合所需的能量成為技術開發的主要關鍵。日本專利廳列舉了3個方法。分別是具有促進化學反應作用的「催化劑」、應用電池原理引發化學反應的「電化學合成（電解合成）法」、以及模倣産生氨的細菌活動的「生物合成法」。

 

  

       被認為最具潛力的是新催化劑的開發，全球圍繞成果展開了競賽。催化劑是合成反應不可或缺的存在，能降低分開氮分子所需的能量。

 

産綜研和日揮控股開發出在約50個氣壓下發生反應的催化劑，在福島縣郡山市的設備進行了實際驗證（照片由日揮提供）

      

      日揮控股和産業技術綜合研究所以貴金屬釕作為主要成分，開發了在400度、50個氣壓下發揮作用的催化劑，成功進行了實際驗證。無需提高氫氣的壓力。

      

東京工業大學的新催化劑由鈣（Ca）、氟（F）、氫（H）和釕（Ru）構成

   

      此外，在更為溫和的條件下發揮作用的催化劑也取得了研究進展。東京工業大學的教授原亨和、榮譽教授細野秀雄等人開發出的催化劑將以鈣、氟和氫形成的物質與釕的顆粒物結合起來，確認在50度以下也能發生反應。這種催化劑在200度以上可分解氫分子，剩下的電子通過釕傳到氮分子，結合就將斷開。計劃在秋田縣大潟村，利用風力發電來推進氨的試製。

 

東京大學的西林仁昭教授等人開發了使空氣中的氮和水發生反應的催化劑（燒瓶實驗的情形，圖由上述教授提供）

  

      20攝氏度、1個氣壓這種「常溫常壓」下也能使用的終極催化劑也出現了研究成果。東京大學的西林仁昭教授等人利用水和空氣成功合成了氨。利用包括被廣泛使用的二碘化釤和金屬鉬的催化劑，使空氣中的氮與水發生反應。據稱無需使用化石燃料，可以大幅節能。西林教授表示，「催化劑的性能很高，如果改良後能長期使用，就能實現實用化。希望通過這一‘哈伯-博施法’之後的方式，推動解決全球環境問題」。

 

        日本經濟新聞（中文版：日經中文網）編輯委員　青木慎一

    

版權聲明：日本經濟新聞社版權所有，未經授權不得轉載或部分複製，違者必究。