一切皆因“脫碳時(shí)代”的進(jìn)入!

二氧化碳溫室效應(yīng)的加劇，讓世界各國(guó)認(rèn)識(shí)到“消除”二氧化碳已是迫在眉睫，于是紛紛做出了各種承諾。既然是承諾就要付諸行動(dòng)，臭臭的氨氣就這樣粉墨登場(chǎng)了，居然有點(diǎn)時(shí)代引領(lǐng)者的小驕傲。

圖1氨的各種用途。圖片來(lái)源于2018Science。

氨氣能如此高度亮相則是緣由于發(fā)電行業(yè)，此行業(yè)所產(chǎn)生的溫室氣體居然占據(jù)了全球溫室氣體排放量的三分之一，實(shí)在是給人類拖后腿了!變，一定要變，落后于時(shí)代就要挨打。于是人們想到了在燃燒時(shí)不產(chǎn)生二氧化碳的氨氣和氫氣，用它們作為燃料也許可以更好地實(shí)現(xiàn)零碳排放(carbon zero)，實(shí)現(xiàn)碳中和(carbon neutrality)的目標(biāo)了。

*日本計(jì)劃到 2030 年廢除低效燃煤發(fā)電。廢除排放大量二氧化碳的燃煤發(fā)電在歐洲盛行。

愿望是美好的，可殘酷的現(xiàn)實(shí)總會(huì)讓想成功的人們?cè)谶~出第一步就要付出相當(dāng)?shù)男羷?。這個(gè)殘酷的現(xiàn)實(shí)就是在哪里能獲得可供天天燃燒發(fā)電的氨氣和氫氣呢？只能先退一步了。氫氣像天然氣一樣可在瞬間燃燒，氨氣則與煤更相似，需要花時(shí)間慢慢燃燒。所以人們?cè)谀軌颢@得足量的氫氣與氨氣之前，想到了一個(gè)折衷的辦法，那就是在燃煤電廠將氨與煤混合使用，在液化天然氣發(fā)電廠將氫氣和天然氣混合使用。

從上表中估算的成本價(jià)格來(lái)看，在氫氣發(fā)電全面實(shí)用化之前，氨氣目前被視為發(fā)電廠的一張王牌。如此說(shuō)來(lái)氨氣能不得意嗎!

盡管前景頗好，但氨氣發(fā)電仍然面臨著許多的問(wèn)題。首當(dāng)其沖的就是需要大量氨氣的制造，這需要國(guó)際良好溝通合作，方能成就這一新興領(lǐng)域。

圖2 工業(yè)合成氨及其制備反應(yīng)。圖片來(lái)源于2018 Science 和網(wǎng)絡(luò)百科。

其次是氨在其制造過(guò)程中也會(huì)排放二氧化碳。眾所周知，目前工業(yè)合成氨沿用的是有著百年歷史的“哈伯法”（Haber-B?schprocess），即用天然氣等化石燃料制造氫氣并與氮?dú)庠诟邏捍呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)合成氨，雖然此方法不僅開(kāi)拓了工業(yè)上第一個(gè)加壓催化過(guò)程，也引發(fā)了氮肥生產(chǎn)的變革，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)飛躍地發(fā)展，全球糧食產(chǎn)品史無(wú)前例的增長(zhǎng)，但此方法卻并不綠色。不過(guò)如果將這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)過(guò)碳捕獲和儲(chǔ)存 (CCS)就可以得到讓人類無(wú)后顧之憂的“藍(lán)色氨”；但為了使氨成為完全脫碳的燃料，其中的氫氣如果通過(guò)使用可再生能源(風(fēng)能或太陽(yáng)能等)用電分解水制成，那所合成的就是名副其實(shí)的“綠色氨”。

圖3 綠氨和藍(lán)氨的使用示意圖。圖片來(lái)源日經(jīng)中文網(wǎng)。

氨氣在純氧中燃燒生成氮?dú)夂退?。真沒(méi)有想到這個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的反應(yīng)卻在脫碳時(shí)代大放異彩，所謂天生我材必有用。另外氨氣加一點(diǎn)壓力就可以在?10℃時(shí)液化，不僅便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，還很安全，這一點(diǎn)就大大優(yōu)于氫。

(a)

(b)