在作為脫碳化燃料而受到關注的氨領域，企業正在加強開發新的製造技術。日本大阪燃氣等出資的美國新興企業開發低壓製造技術。此外，出光興産將在2024年之前驗證把生産成本抑制在約一半的技術。氨的製造目前仍以約100年前確立的方法為主，但也在不斷推進轉向更為清潔和廉價的製造技術。

 

       在美國科羅拉多州的首府丹佛，挑戰新一代氨製造技術開發的美國初創企業Starfire Energy的研究所坐落於此。該公司開發了所需壓力僅為此前約1/10的製造技術，目前具備每天100公斤的産能，力爭今後進一步實現大型化。

 

       氨是氫和氮的化合物，目前被用於肥料等。不過，由於燃燒時不排放二氧化碳，在全球脫碳化的背景下，氨作為清潔燃料的運用日趨受到期待。以氨為燃料來發電還具備容易使用現有火力發電設備的優點。

 

       當前，氨的製造主要採用20世紀初期開發的「哈伯-博施法（HB法）」。通過合成以化石燃料製成的氫氣和空氣中的氮來製造。

 

       不過，在中間階段製造氫時會排放大量二氧化碳，而且合成氫和氮時需要攝氏400~600度、100~300個標準大氣壓的條件，消耗大量的能源。據悉氨製造過程中的二氧化碳排放量佔到全球整體的3％。

 

 

       目前對於製造過程的脫碳化，將製造氫氣時排放的二氧化碳封存于地下的「藍氨」和使用乙太陽能等可再生能源製造的氫的「綠氨」受到期待。除此之外，還需要改善形成高溫高壓狀態的工序。

 

       Starfire Energy將貴金屬釕等用作催化劑，成功將所需壓力降至約10~30個大氣壓。與哈伯-博施法採用的鐵催化劑相比，即使在低壓下也容易産生反應。生産設備形成將多種零部件組合起來的「模組化」，可安裝在風電場等附近，有效利用可再生能源電力，能高效生産氨。

 

       源自可再生能源的電力受氣象影響，發電量容易波動，如果採用可再生能源電力，氨製造也容易變得不穩定。Starfire Energy採用的機制是利用相關設備使製造氨所需的氮和氫不斷迴圈，即使電力減少，也不影響氨的製造。

 

       該公司表示，利用這個方法，可使氨製造過程中的二氧化碳排放量減為零。該公司CEO John LoPorto強調稱，「氨對於美國的電力公司來説將成為改變規則的燃料」。能夠以低於美國市場價的價格製造氨。到2025年將以商用規模面向發電和船舶的燃料等啟動供貨。向該公司出資的大阪燃氣在技術方面提供支援。

 

       日本的大型企業也致力於開發氨的製造方法。

 

 

       出光興産攜手東芝和日産化學等，力爭在2024年之前開發利用水和空氣直接合成氨的大規模製造方法。這樣一來，省去了製造氫的工序，而且由於採用含有鉬等的催化劑，能以攝氏20度、1個大氣壓進行製造。力爭使製造時的成本和二氧化碳排放量比現有技術減少一半。

 

       如果採用廉價的可再生能源電力，能夠將包括運輸費等在內的氨發電成本，降至每千瓦時20日元以下，低於燃氣火力發電。

 

       出光興産等改進東京大學教授西林仁昭的研發團隊開發的利用水和空氣在常溫常壓下合成氨的方法，確立新的製造方法。採用源自可再生能源的電力，對加入催化劑等的水進行電解，注入空氣就能形成氨。在日本新能源産業技術綜合開發機構（NEDO）的「綠色創新基金事業」當中，被採納為製造氨的新方法。

 

東京大學西林教授等開發的氨合成設備

 

       出光興産的負責人表示，「如果能確立去掉氫製造過程的製法，將邁向二氧化碳排放少的氨發電的實用化」。課題是找到製造時使用的二碘化釤的代替品。釤屬於稀土金屬，價格昂貴，力爭更換為容易獲得的其他材料。

 

       源自東京工業大學的初創企業Tsubame BHB開發出了以自主催化劑、以低於哈伯-博施法的溫度和氣壓來合成氨的方法。能使製造設備比以往更加小型化，容易確保風電場附近等設置場地。計劃最早在2024年啟動商業運作。

 

 

       如果日本的大型電力公司擁有的所有煤炭火力發電站將燃料全部改為氨，能使二氧化碳的年排放量減少約2億噸。也就是説，能削減日本國內總排放量的約2成。JERA于2021年在愛知縣的碧南火力發電站啟動了加入氨進行發電的試驗。日本政府在能源基本計劃中，提出在2050年之前使氫和氨成為電力的主要供應來源等的方針。

 

JERA的碧南火力發電站

 

       氨在船舶燃料方面的運用也受到期待。與電力領域不同，船舶一直以來難以改變燃料。如果不排放二氧化碳的氨的製造技術得以普及，船舶燃料也就有了更多的脫碳化選項。

 

       日本國內需求到2050年增至30倍

 

       日本資源能源廳的統計顯示，日本國內的氨需求在發電等領域將會增加，到2030年將從現在的年108萬噸增至300萬噸。預計到2050年增至3000萬噸。存在供應跟不上膨脹的需求這一風險。

 

 

       氨的貿易量很少。日本經濟産業省的資料顯示，全球的原料用氨的産量截至2019年約為2億噸，其中大部分在産地被消費，貿易量僅佔約1成。

 

 

       要應對將來的需求增加，今後需要建立新的供應鏈。同時還要普及大量製造廉價且清潔的氨的技術，否則的話將無法推廣使用。

 

       對於將氨作為發電燃料加以利用，也存在慎重意見。日本自然能源財團的常務理事大野輝之指出，「由於成本很高，在自然能源正在普及的歐洲，沒有推進關於氨發電的研究。日本也應將資金投向風力發電和氫等的開發」。

 

       但在日本，對氨發電的期待比較大。日本作為島國，與歐洲不同，難以與其他國家進行電力互通等，如果可再生能源普及，存在電力供求關係崩潰、停電風險提高的可能。如果發電量穩定的氨發電得到普及，就能兼顧減排和電源穩定。

 

       此外，還有一個情況在於，日本適合太陽能和風力發電的地點較少。為了實現日本政府提出的到2050年實現溫室氣體凈零排放的目標，仍需要開發和普及氨製造技術。　

 

       日本經濟新聞（中文版：日經中文網）落合修平、北川舞

 

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。