能源的思考: 蒙納士大學(xué)研究人員規(guī)劃通往氨經(jīng)濟(jì)的道路

大多數(shù)人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)氫經(jīng)濟(jì)，即可再生電力從水中制造氫燃料——但氨經(jīng)濟(jì)正成為一種更可行的可能性。在氨經(jīng)濟(jì)中，輪船、卡車、公共汽車、發(fā)電機(jī)甚至噴氣機(jī)都要靠氨氣來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。用化學(xué)家 Doug MacFarlane 的話來(lái)說(shuō)，到2050年，氨可能會(huì)在“幾乎所有領(lǐng)域”取代化石燃料。

他說(shuō):“我們談?wù)摰氖强梢栽谝粋€(gè)地方產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方的能源?！崩?，澳大利亞的太陽(yáng)能和風(fēng)能不可以像石油和柴油那樣裝載到船上。

澳大利亞年均生產(chǎn)大約1.75億噸氨，大部分用于合成肥料 (市場(chǎng)價(jià)值為700億美元)。氨的管道運(yùn)輸和輸送技術(shù)已經(jīng)成熟。相比之下，液氫更為昂貴，同時(shí)具有高度易燃性，因此難以運(yùn)輸。

研究人員最初認(rèn)為，可持續(xù)性氨不僅可以用作肥料，還可以作為一種運(yùn)輸氫的手段——在交貨地點(diǎn)將氫從氨中分離出來(lái)，用作燃料。不過(guò)，直接使用氨將更為高效，研究人員在過(guò)去18個(gè)月里取得了巨大進(jìn)步。去年8月，由蒙納士工作人員組成的 Ammonia Energy Association 澳大利亞分會(huì)在在墨爾本的CSIRO組織了一次綠色氨會(huì)議。來(lái)自 Singapore Port Authority 和德國(guó)船機(jī)制造商 MAN Energy Solutions 的代表都表示，現(xiàn)在迫切需要開(kāi)發(fā)氨作為船舶使用的重柴油的替代燃料。

國(guó)際海事組織規(guī)定，到2050年，海運(yùn)二氧化碳排放量必須減少50％。這實(shí)際上意味著所有的新船都必須不會(huì)產(chǎn)生碳排放的——因?yàn)榇氖褂脡勖荛L(zhǎng)，而且預(yù)計(jì)到2050年全球海運(yùn)將大幅增長(zhǎng)?！叭藗冮_(kāi)始意識(shí)到他們需要一個(gè)解決方案，如果國(guó)際海事組織的目標(biāo)要達(dá)到，解決方案就必須盡快出臺(tái)，”MacFarlane 教授說(shuō)道，“氨是唯一的解決方案?！?/p>

MacFarlane 教授表示使用氨氣的海運(yùn)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)目前已經(jīng)存在。MAN Energy Solutions 正在研發(fā)適用于大型船舶的原型機(jī)，作為國(guó)際海運(yùn)市場(chǎng)的演示模型。公車和卡車也可使用氨氣作為燃料，而渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)則是一個(gè)未來(lái)的可能性。

在為 Joule 撰寫的文章中， MacFarlane 教授提出了大規(guī)模生產(chǎn)可持續(xù)性氨的三步過(guò)程，闡釋如何在2050年前建立氨經(jīng)濟(jì)。

第一個(gè)代氨氣是今天的目前的制造氨的方法，但是使用了碳捕集與封存（CCS）來(lái)處理排放物。教授寫道：“這可能只是過(guò)渡性解決方案，有助于建立化肥和化學(xué)工業(yè)以外的氨市場(chǎng)?！?/p>

第二代氨氣仍通過(guò)Haber-Bosch工藝制得，但由可再生能源提供動(dòng)力。MacFarlane教授說(shuō)：“我們預(yù)測(cè)第二代氨氣將在2030年之前為世界上非常重要的燃料市場(chǎng)提供燃料?！?

第三代氨氣繞過(guò)了Haber-Bosch步驟。 由澳大利亞可再生能源局（ARENA）資助，蒙納士大學(xué)MacFarlane教授作為第一主導(dǎo)人，正在研究如何在涉及高性能電極的電化學(xué)過(guò)程中將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為氨。氨項(xiàng)目與蒙納士大學(xué)研究合作研究如何能更便宜、有效地從水中分離氫。他說(shuō)，雖然兩個(gè)研究小組相互學(xué)習(xí)，但化石燃料的低成本仍然給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

這意味著它們的長(zhǎng)期影響仍然未知。正因如此，對(duì)氮循環(huán)進(jìn)行更多的研究是必要的。MacFarlane 教授表達(dá)了自己的擔(dān)憂:“人類不能通過(guò)制造另一場(chǎng)涉及氨和氮氧化物排放的危機(jī)來(lái)避免一場(chǎng)圍繞二氧化碳排放的危機(jī)，這顯然很重要?！?/p>