首页 氢氨 再“氢”亲地告诉你,清洁能源发展转为为“氨”,因为氨=氢2.0正成中外共识

再“氢”亲地告诉你,清洁能源发展转为为“氨”,因为氨=氢2.0正成中外共识

近年来全球为发展清洁能源产业进行了多种技术路径探索和实践,其中氢能一度被认为是最清洁的能源,但在大规模实用应用性上一直难有进展。国内外专家们发现,氢能大规模应用的难以逾越的瓶颈太多…

近年来全球为发展清洁能源产业进行了多种技术路径探索和实践,其中氢能一度被认为是最清洁的能源,但在大规模实用应用性上一直难有进展。国内外专家们发现,氢能大规模应用的难以逾越的瓶颈太多,尤其氢的储运、燃烧经济性等。但是将“氢”转化为“氨”,尤其是未来将绿氢转化为绿氨,尽管有画蛇添足多出一举,但是储运、燃烧经济性等问题就能迎刃而解。“氢”亲地告诉你,清洁能源发展转为为“氨”,因为“氨=氢2.0”正成中外共识。

国际可再生能源机构The International Renewable Energy Agency (IRENA)发布了以下新能源发展势图,氨燃料(NH3)作为清洁新能源的占比将越来越大,看了上面这张新能源发展势图,多种清洁能源的规模性一目了然,对氨燃料产业还不早行动以后可能只能后悔心动了。

2021年10月在上海举办的以”汽车+X,双碳背景下汽车科技创新”为主题的2021年中国汽车工程学会年会上,中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士、清华大学教授李骏发表了题为《Autonomy 2.0与Ammonia=Hydrogen2.0》的主旨报告,他分析全球已进入“氨=氢2.0”时代,氢能产业要准备向氨方向发展。

清华大学教授李骏指出,目前氢能源汽车存在明显的长尾效应。近年来,氢能相关法规逐渐完善,按照预期将迎来氢能源汽车的大爆发,但实际上,氢能汽车评价体系涉及运输、存储、车载、动力、安全、成本等多方面,热管理、载氢量、加氢标准等复杂的产业链问题无一不影响市场开拓,由此产生的长尾效应亟待全行业思考。氨氢融合一体化的新能源汽车可能将会是绝佳解决方案。全球氨能源非常丰富,特别是我国是全球氨生产大国,全世界每年生产大概2亿吨左右,我国的产能大约占到全球的四分之一。

李骏列举出了氨作为燃料的十项优点,包括能量密度高;易液化;易于运输、设备完善;可用LNG运输,是氢能最好的载体;产量和生产效率远远高于液氢;成本低;安全性高、不易爆炸;是所有交通装备的燃料,应用广泛等。

担任过国际氢能协会副主席的清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强也在近期的一次采访中看好氢氨一体化的发展,他说,因氨转换氢气成本低廉、氨气供应充足等优势,液氨或将成为媲美液氢的新兴储运方式。多样化的绿色能源使用对“双碳”目标的实现至关重要。在氢能战略大前提下,整个氢能行业要利用氢能在交通领域的优势,对包括氨在内的氢基化合物提供更多的测试机会,得出科学的结论,进行大面积推广,为实现碳达峰碳中和寻找多样的路径与技术。

清华大学毛宗强教授:“氨可作为氢基能源”如何担当脱碳大任?

清华大学教授李骏院士认为全球已进入“氨=氢2.0”时代,氢能产业向氨方向发展

在成功举办了两届氨氢新能源产业上海国际峰会的基础上,将以线上线下方式同时召开的2023年第三届氨氢新能源产业上海国际峰会暨2023年液化气产品航运和存储物流上海国际峰会将于2023年3月15-16日举办将由Seahow、国际船舶海工网等在上海继续举办。咨询报名邮件:chinabobli@126.com或者 china@ishipoffshore.com

氨产业氨燃料2022年第二届上海会议圆满召开相片

海运氨气接受站码头在美国休斯顿港全面投入运营

2021年在上海举办的以”汽车+X,双碳背景下汽车科技创新”为主题的2021年中国汽车工程学会年会上,中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士、清华大学教授李骏发表了题为《Autonomy 2.0与Ammonia=Hydrogen2.0》的主旨报告,他认为全球已进入“氨=氢2.0”时代,氢能产业要准备向氨方向发展。

清华大学教授李骏指出,目前氢能源汽车存在明显的长尾效应。近年来,氢能相关法规逐渐完善,按照预期将迎来氢能源汽车的大爆发,但实际上,氢能汽车评价体系涉及运输、存储、车载、动力、安全、成本等多方面,热管理、载氢量、加氢标准等复杂的产业链问题无一不影响市场开拓,由此产生的长尾效应亟待全行业思考。

同时他也提出,人类所使用的无碳燃料不仅是氢,还有其他燃料。氨氢融合一体化的新能源汽车可能将会是绝佳解决方案。全球氨能源非常丰富,特别是我国是全球氨生产大国,全世界每年生产大概2亿吨左右,我国的产能大约占到全球的四分之一。

李骏列举出了氨作为燃料的十项优点,包括能量密度高;易液化;易于运输、设备完善;可用LNG运输,是氢能最好的载体;产量和生产效率远远高于液氢;成本低;安全性高、不易爆炸;是所有交通装备的燃料,应用广泛等。

李骏还表示,氨氢能源融合,打造氢能运、储、供新体系,可以用于燃料电池和内燃机,更适合长途运输的商用车。此外,也可以打造零碳排放的内燃机,现有柴油机上只改变9个NPA零部件,就能变成氨氢融合的内燃机,也就是低碳内燃机。这也将使得柴油机产业在“碳中和”时代获得新生。

担任过国际氢能协会副主席的清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强也在近期的一次采访中看好氢氨一体化的发展,他说,因氨转换氢气成本低廉、氨气供应充足等优势,液氨或将成为媲美液氢的新兴储运方式。多样化的绿色能源使用对“双碳”目标的实现至关重要。在氢能战略大前提下,整个氢能行业要利用氢能在交通领域的优势,对包括氨在内的氢基化合物提供更多的测试机会,得出科学的结论,进行大面积推广,为实现碳达峰碳中和寻找多样的路径与技术。

清华大学毛宗强教授:“氨可作为氢基能源”如何担当脱碳大任?

中国工程院院士,清华大学教授李骏在题为《Autonomy 2.0与Ammonia=Hydrogen2.0》的主旨报告中,提出中国汽车产业应高度重视的重大基础的创新方向之一:“氨=氢2.0”,似乎为氢能大规模推广提出了一条可行路径。

氨或可成为氢能最佳载体

李骏指出,氢能源汽车目前存在明显的长尾效应:“氢能汽车有数十年的研发历史,近年来,氢能相关法规逐渐完善,按照预期将迎来氢能源汽车的大爆发,但实际上,氢能汽车评价体系涉及运输、存储、车载、动力、安全、成本等多方面,热管理、载氢量、加氢标准等复杂的产业链问题无一不影响市场开拓,由此产生的长尾效应亟待全行业思考。”

据了解,Joi Scientific公司在2016年提出Hydrogen2.0的愿景,克服氢使用受到制备、储存、运输和释放能量方面的限制,全球氨能源联盟2017年提出Ammonia=Hydrogen2.0(氨=氢2.0)的新理念,打造绿氨能源新体系解决单一氢能源存在的长尾难题。

这一理念的由来其实很好理解。氨气是一种具有多种优势的能源。未来能源的第一个资格要求是它们不排放会加速全球变暖的温室气体。由于氨像氢气一样燃烧时不会释放二氧化碳,因此可以说它具有作为未来能源的资格要求。由氨(NH)的结构式也可看出,它携带的元素只有氮和氢,完全避免了碳排放的问题,另外,在氢能越来越多被商业化应用的当前,氨的稳定性、易存储等性能,或可成为比较好的氢能载体。

相较于氢能源,“氨=氢2.0”的提出具有更丰富的内涵。据介绍,当前全球氨资源储备丰富,制备成本更低,同时氨更易于储存,液氨能量密度比氢高1倍,同样体积储存能力是液氢的2倍;在基础设施方面,现有氨分销渠道很成熟,成本低,人类已经从氨中实现获益;目前商用制氨技术成熟,集合可再生能源制氨,可用性强,应用十分广泛;安全性方面,氨可以以液态储存,安全性极高。对环境影响小,现有氨产业链对环境影响可控。

对于氨能产业,全球氨能源联盟经过多年研究,从10 个维度预测“氨是未来绿色能源的赢家”:真正的零碳燃料;能量密度高;易液化;易于运输、设备完善;可用LNG运输,是氢能最好的载体;产量和生产效率远远高于液氢;成本低;安全性高、不易爆炸;是所有交通装备的燃料;应用广泛(发电、农机、建材)。

对此,李骏提出,氨氢融合一体化氢能源汽车可能将会是绝佳解决方案。

氨氢融合有三大路径

事实上,研究氨充当燃料的试验早已在全球展开。

《中国汽车报》记者了解到,美国打造阿拉斯加、夏威夷、爱荷华三大绿色可再生氨能源基地,并在阿拉斯加开发基于地热能量的绿色可再生氨能源制造高科技。同时长达3000英里(约合4828公里)的液氨运输管道正在建设中,未来将覆盖全美;基于夏威夷氨能源基地打造覆盖亚太的氨能源运输网络。日本2021年4月发布“Japan embracing ammonia power to achiever 2050 zero COtarget”氨能源战略,表示氨已经成为应对气候变化的国际新战略。

李骏表示,全球正在进入“氨=氢2.0”时代,氨能源技术正从灰氨向蓝氨和绿氨发展。根据氨能源协会报告,目前氨每年大约生产2亿吨,是世界上产量第二大的化工商品。而每吨合成氨产生1.8吨CO,我国合成氨年产5000万-6000万吨,占全球产量的25%-30%。目前合成氨是第一代灰氨,2030年前生产第二代零碳蓝氨(天然气裂解和CO捕集)和第三代可再生能源合成氨都是未来不远的规划。

李骏在主旨报告中提到的五大融合方向,也强调了氨-氢燃料融合,主要有三个方面:第一,打造车载氨氢融合零碳燃料平台。液体氨把氢气带入汽车,车载氨重整制氢技术的创新解决了车载储氢瓶对于整车设计的困扰,基于热裂解催化分离技术打造车载氨氢融合零碳燃料平台,既用于燃料电池,也可用于内燃机,实现“从油箱到车轮”的碳中和。他进一步指出,液氨体积和质量能量密度都适合车用燃料,解决重型车辆长续驶里程难题,百公里燃料成本最低。

第二,打造车载氨氢融合燃料电池系统。其中,间接氨电池系统(DSU+PEMFC)中的车载DSU使氨气中的氮-氢分离,纯氢气供PEMFC系统工作;直接氨电池系统,氨气进入阳极,分解成氮气和氢气,氢质子穿过电解质层与阴极侧氧气反应生成水。

第三,打造氨氢融合新能源零碳排放内燃机。氨具有氢载体和零碳燃料两大优势作用,可用于燃料电池、内燃机、燃气轮机等动力,实现“从油箱到车轮”的碳中和。氨氢融合新能源内燃机,在柴油机基础上改变9个总成零部件,实现基于氨氢的混合气燃烧,柴油机产业碳中和时代仍有巨大意义。

或将最早应用到飞机或船舶

有关氨氢转换的研究,全球领域很早就有所开展。同济大学教授、燃料喷射与燃烧所所长李理光教授介绍:“早在2004年,美国汽车工程协会就成立了氨能源委员会分会专门研究这个问题,目前已经取得了一些相应的成果。在船用机上,尤其是大型船舶,已经实现应用。这里的氨用的不是纯氨,有的是和柴油混合,有的和天然气混合,实际上是混合燃烧的燃料。”

德国PTB国家实验室佛南德斯教授在上海汽车工程学会年会技术分会上发表了“未来潜在燃料氨的燃烧特性”的演讲,介绍了他们团队有关氨的研究成果。他也指出:“造船业正在积极考虑是否大规模部署氨燃料,这是一个非常适合的领域。”

近年来,国际上正在开发使用氨的飞机发动机,汽车发动机和船舶发动机,如基于氨的发动机开发模型SABER,最初是为高超音速飞行而开发的反应发动机。就船舶而言,私营公司已经在开发氨发动机。现代Mipo造船公司最近收到了英国劳埃德船级社(LR)要求开发氨燃料船的请求,并计划在未来五年内将氨推进船商业化。

在汽车领域,其中一个代表性案例是韩国能源研究所制造的氨引擎,将液化石油气和汽油均转换为汽油。确切地说,它是一种由70%的氨和30%的汽油混合而成的燃料,经研究测试,装有该发动机的汽车以60-80km/h的速度完成了测试。根据主持该研究的Jongnam Kim博士的解释,当70%的汽车燃料被氨替代时,二氧化碳的排放量也减少了70%。此外,现有的液化石油气加气站基础设施只需稍作改动就可以用作氨气加气站,这被认为是增加氨气发动机商业化可能性的一个优势。李骏则表示,国外已经有主机厂制定氨能源汽车发展战略,布局液氨内燃机前瞻研发。

虽然氨被认为是不错的零碳燃料,但也有不少人对这一新趋势持谨慎态度。有认为,从实际应用和落地的角度来看,氨的大规模推广还有很长的路要走。“不能只因为它不含碳元素就说它是完全绿色的能源。氨从哪里来,氨的制备是否符合零碳,氨的气味非常难闻,以及液氨具有腐蚀性等等问题要如何解决,现在尚没有确切答案。”他说。

佛南德斯教授则指出:“从氨的适用性来看,它可能不是最佳的燃料选择,但如果加上一些补剂可能会形成很好的结果。长远来看,氨是非常有潜力的燃料,是非常突出的能源载体,甚至未来可以替代氢。”

李理光也认为,虽然现在技术还不是很成熟,但是氨能作为一个新的零碳趋势,颇具现实意义。

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