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)人都聽說過氫經(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)都要靠氨氣來運(yùn)轉(zhuǎn)。用化學(xué)家 Doug MacFarlane 的話來說，到2050年，氨可能會在“幾乎所有領(lǐng)域”取代化石燃料。

他說:“我們談?wù)摰氖强梢栽谝粋€地方產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移到另一個地方的能源?！崩纾拇罄麃喌奶柲芎惋L(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 (市場價值為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，用作燃料。不過，直接使用氨將更為高效，研究人員在過去18個月里取得了巨大進(jìn)步。去年8月，由蒙納士工作人員組成的 Ammonia Energy Association 澳大利亞分會在在墨爾本的CSIRO組織了一次綠色氨會議。來自 Singapore Port Authority 和德國船機(jī)制造商 MAN Energy Solutions 的代表都表示，現(xiàn)在迫切需要開發(fā)氨作為船舶使用的重柴油的替代燃料。

國際海事組織規(guī)定，到2050年，海運(yùn)二氧化碳排放量必須減少50％。這實際上意味著所有的新船都必須不會產(chǎn)生碳排放的——因為船的使用壽命很長，而且預(yù)計到2050年全球海運(yùn)將大幅增長?！叭藗冮_始意識到他們需要一個解決方案，如果國際海事組織的目標(biāo)要達(dá)到，解決方案就必須盡快出臺，”MacFarlane 教授說道，“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)，作為國際海運(yùn)市場的演示模型。公車和卡車也可使用氨氣作為燃料，而渦輪噴氣發(fā)動機(jī)則是一個未來的可能性。

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)性氨的三步過程，闡釋如何在2050年前建立氨經(jīng)濟(jì)。

第一個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）來處理排放物。教授寫道：“這可能只是過渡性解決方案，有助于建立化肥和化學(xué)工業(yè)以外的氨市場?！?/p>

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

第三代氨氣繞過了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)過程中將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為氨。氨項目與蒙納士大學(xué)研究合作研究如何能更便宜、有效地從水中分離氫。他說，雖然兩個研究小組相互學(xué)習(xí)，但化石燃料的低成本仍然給經(jīng)濟(jì)帶來挑戰(zhàn)。

這意味著它們的長期影響仍然未知。正因如此，對氮循環(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:“人類不能通過制造另一場涉及氨和氮氧化物排放的危機(jī)來避免一場圍繞二氧化碳排放的危機(jī)，這顯然很重要?！?/p>