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[Podcast] 世界電力新聞週報第32集 - 氨氣在全球碳中和趨勢下的應用層面及發展現況

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發表日期:2021-08-30

內容大綱

本期我們以氨氣為主題,與大家分享一下在全球碳中和趨勢下,世界各國對於氨氣的廣泛研發與跨國、跨域合作層面,以及做為燃料用途的氨能現況、發展途徑與願景。

詳細內容

各位收聽世界電力新聞週報的朋友大家好,本期節目我們換換口味,以氨氣為主題,與大家分享一下在碳中和趨勢下,世界各國對於氨氣的應用層面及氨能的發展現況:

首先,什麼是氨氣呢?

氨氣,又稱阿摩尼亞,是無色氣體,但有強烈刺鼻氣味,極易溶於水。在常溫常壓下,1單位體積的水可溶解700倍體積的氨。氨對地球上的生物相當重要,是所有食物和肥料的重要成分。氨對於人類也有廣泛的用途,是世界上產量最多的無機化合物之一,除了可用來製作化肥以外,氨也是很多藥物和商業清潔用品直接或間接的組成部分。

氨的化學分子式為NH3,目前氨的工業量產製造方法稱為哈伯法(Haber Process),乃是將氮氣與氫氣、以鐵為催化劑,於高溫高壓下合成為氨。由於氮氣直接來自大氣,因此氫氣的來源對於氨的製造過程來說就特別重要。

就像之前介紹過的綠氫和藍氫,氨也分為綠氨及藍氨:如果是透過以再生能源的電解水製成的氫所合成,且製造過程零碳排的氨,就是綠氨;如果是透過天然氣提煉出氫,再利用碳捕捉技術,將過程中排放的二氧化碳回收並封存,使製造過程中碳影響程度降到最低所生產出來的氨,就是藍氨。

由上可知,事實上氨能就是廣義的氫能,而因為氨具備有以下的特性,因此在應用層面相對於氫更加廣泛,甚至可以作為發電燃料的用途:

第一、氨的製造及運輸成本低:現有的氨製造技術及運輸方法已經相當成熟,因此可有效降低投資成本,進而提高作為替代化石燃料的競爭力。

第二、氨的儲存成本低:氨可在室溫條件下透過液態氨的形式儲存,每單位儲存能量的成本僅為氫氣的三分之一。

第三、燃燒熱效率高:氨燃料的辛烷值高,抗爆性能好,因此能用來增加發動機的壓縮比來提升輸出功率。

除此之外,氨可以由環境中易取得的水和氮製成,燃燒之後可完全回收,循環利用。而最特別的、也是讓氨氣在目前被視為替代能源之一的原因,就是氨燃燒時不排放二氧化碳。氨本身是無碳的氮氫化合物,不管是綠氨或藍氨,都可以完全消除二氧化碳等溫室氣體的排放產生。

氨氣作為替代燃料的優勢如此之多,各界也爭相開發燃氨的引擎及電池,對於氨氣燃燒時如何避免產生有害物質-氮氧化合物(NOx),目前科學上也已經實現,而且技術難度不高。

綜合以上,氨氣不但用途廣泛,而且現今科學界的潮流已經將氨氣視為能夠達成碳中和的能源選項之一。對於依賴化石能源程度高的國家,以氨氣混燒作為發電燃料、並慢慢提高氨的比例,是一個可行性極高的選項,我們來看看日本的例子:

我們之前報導曾經提過,日本是最早研發氨氣作為發電燃料的國家之一。日本大型公用事業公司JERA已經和全球領先的肥料生產商Yara International ASA簽署氨氣價值鏈業務合作備忘錄,雙方已同意在下列領域展開合作:

一、 改造澳洲的Yara Pilbara化肥廠,來生產藍氨。
二、 聯合開發新的藍氨與綠氨生產計畫。
三、 氨氣運輸的最佳化。
四、 拓展日本氨氣的市場需求(例如發電)以及供應。

而日本貿易公司伊藤忠商事也將與馬來西亞國家石油公司Petronas共同展開在加拿大亞伯達省工業區生產藍氨的可行性研究。製氨工廠規劃在2023年破土動工,並預計自2026年起商轉輸出氨氣至日本,該廠利用天然氣搭配碳捕捉及封存(CCS)製成氫氣,並與氮氣反應產生藍氨。氣源來自Petronas的天然氣田,伊藤忠商事則負責銷售以及建立運輸網路。

對於替代發電燃料,日本政府計畫2030年時氨氣使用量達300萬噸氨燃料,燃煤電廠使用百分之20的氨燃料進行混燒,預計2050年前可以達成百分之50以上的氨混燒,氨氣使用量提高至一年3,000萬噸。由此可知,目前對於氨氣混燒的技術含量仍尚未成熟,即使是最早起步的日本,也無法在短時間內迅速提高混燒的比例。

有鑑於氨能的發展在未來將更為廣泛,許多國家也爭相尋求大量開發的可能性。我們來看看目前各國的發展現況與跨界合作的案例。

首先,我們先介紹在澳洲綠氨產業的發展:根據澳洲再生能源署(ARENA)的研究結果,在澳洲大規模生產氫氣和氨氣在技術上是可行的,尤其澳洲中西部地區因為擁有廣闊的土地和充足的風力和太陽能,是特別有潛力的地方。

對此英國石油公司(BP)將於澳洲西部傑拉爾頓(Geraldton)建設一座示範工廠,配備一個由再生能源供電的電解槽,用來分解水以生產氫氣,並以此來製造綠氨。

此外,澳洲最大能源零售商Origin Energy也與日本最大海運公司-商船三井合作在澳洲展開綠氨計畫,目的在於生產出口等級的綠氨,並預計在2026年提供給下游市場。

還有像是阿拉伯聯合大公國(簡稱阿聯酋):作為石油輸出國組織的第三大產油國,阿聯酋是中東地區第一個致力在全球產業鏈減少碳排放的國家。

根據阿聯酋政府制定的目標,到2030年阿聯酋的溫室氣體排放量將減少百分之23.5。為實現此目標,阿聯酋全面推進能源改革進程,加速能源產業脫碳,利用自身在太陽能等清潔能源領域的優勢大力發展綠氨產業,同時通過碳捕捉、封存和應用技術擴大藍氨的生產規模,加快實現能源轉型及經濟多元化。

綜合以上報導,我們看到氨氣的發展脈絡,除了如火如荼的跨國合作,產業界也有許多跨界合作的案例。而電力產業身為碳中和的領頭部門,不可避免的需要思考使用氨氣作為燃料的可能性,尤其對燃煤發電仍是必要選項的國家而言更是如此,因此有必要提前布局,與各方有利條件結合,打造完整的生態產業鏈,才有機會順利達成碳中和的目標。

以上是本週世界電力新聞週報的整理報導,國際上電力的大小事,我們會持續密切關注並且跟大家分享,若喜歡我們的頻道歡迎與好朋友分享喔!我們下週再會!