绿色氢-氨引领零碳新循环

□ 赵佳亮

  • 来源:科普时报
  • 作者:
  • 2024-04-26 08:38

近日,新能源界爆出一个猛料,绿色氢-氨产业有了新进展,远景科技集团打造的全球最大150万吨绿色氢-氨项目第一阶段30万吨绿色氢-氨首期工程,在内蒙古赤峰顺利投产。从2022年立项,短短两年时间,项目不仅首期建成投产,而且产出了第一罐绿色液氨,使用了100%的绿色电力。这为世界发展绿氢产业树立了标杆。让人好奇的是,绿色氢-氨工程到底有哪些看点值得关注?跟国内外其他氢-氨项目相比,为什么此次氢-氨项目能引领产业发展?

氢能,被誉为“21世纪终极能源”。然而,在当下节点,以制氢、储氢、运氢、用氢为主的氢能产业链存在储运难、本质安全性弱等痛点,为此,国际社会高度关注一种高效、安全的氢能载体——氨。基于氨低价和安全运输的优势,近年来世界各国均在积极开展氨能产业布局。中国工程院院士付贤智团队曾系统换算过氨的运输成本,结果显示,一辆液氨槽罐车可以运输30吨的液氨(含氢量5200公斤),远高于长管拖车运氢(含氢量不到400公斤),因此运输成本呈数量级下降。

合成氨已有100多年发展历史,氨的生产、储运及使用已形成完备的产业链、行业标准及安全规范。现阶段合成氨包括灰氨、蓝氨、绿氨三种合成工艺。我国传统的合成氨工艺便是灰氨,通常以煤为原料,氢气与空气分离制备的氮气,在催化剂作用和高温高压条件下合成氨,但危险系数大,且能耗高。而蓝氨合成工艺与灰氨基本相似,但会对工艺流程进行碳捕集与封存。在备受关注的绿氨工艺路线中,则是将可再生能源电力电解制氢技术,结合低温低压的绿色合成氨技术,把大规模的风、光等可再生能源电力电解制氢后再高效合成氨。这些绿色电力储存在氨里,氨再作为能源运输到全国各地使用。

从绿电到绿氢,再到绿氨,这个产业链至少涉及三个工程领域:一是风电和光伏发电,属于电磁学领域;二是利用电解槽电解水制取氢气,属于电化学领域;三是从空气中分离氮气,再跟氢气合成氨,又属于化工领域。如何将这三个波动领域进行精准耦合,还要控制成本,需要考验技术水平、工程设计和流程管理。

根据国际可再生能源机构预测,现阶段绿氨成本仍然较高,不具备竞争优势。2020年,绿氨的生产成本区间为每吨720—1400美元,通过煤等化石燃料制取的灰氨成本则为每吨280—440美元,即使煤炭价格处于历史高点,绿氨成本也比灰氨高,不具备竞争优势。

为解决这些挑战,远景科技集团在鄂尔多斯首创的零碳产业园模式,开始在绿色氢-氨生产上发挥重要作用。这一模式的基础是一套绿色、稳定的新型电力系统,可为各种产业集群输送源源不断的绿色电力。有了这一基础,电解水制氢所需要的巨量电力便有了支撑。

我国是可再生能源装机容量最大的国家,但因光伏、风电和水电等可再生能源存在间歇性、波动性和季节性缺点,导致大量“弃风、弃光、弃水”现象,而绿色氢-氨工程的出现或许将为这一难题提供了一种解决方案。

(作者系远景科技集团工程师)

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