摘 要：氨是一種“具有強烈刺激氣味的有毒物質”，另一方面，氨從很久之前就被用作農田的肥料等，是一種實用能源。另外，近年來，不斷推進實驗研究，以實現以氨為燃料的火力發電。本文將介紹氨所蘊藏的巨大潛力以及實現實用化的多種舉措。
關鍵字：氨燃料、氨混燒、氨專燒、可持續性氨供應鏈、氨發電 本文1847字，閱讀約需5分鐘
目錄
1、應用于多種領域的氨
2、全球氨現狀
3、氨“在能源領域的潛能”備受期待
4、穩步推進“混燒”的實證實驗
5、實現氨燃料實用化需要突破的課題
應用于多種領域的氨
氨原本主要應用于農田使用的肥料，但隨著化學技術的發展，近年來，除農業以外，氨逐漸廣泛應用于多種領域。其中之一是用作還原劑，防止火力發電廠排放的炭黑中所含的大氣污染物質——氮氧化物（NOx）的排放。通過使NOx與氨發生化學反應，將Nox還原成水和氮，從而防止大氣污染。
另外，氨還用作尼龍（用于衣服）等合成纖維的原料。除此之外，隨著氨在多種領域中的應用，近年來還建立了用于安全運輸氨的運輸管道，并確立了安全指導方針。
全球氨現狀
2019年，氨的全球總產量約為2億噸，主要生產國依次為美國、中國、俄羅斯以及印度。僅僅這4個國家的氨產量就占據全球氨總產量的一半以上。另一方面，從全球氨進出口量來看，2018年約為2000萬噸，僅占全球總產量的1%左右。也就是說，在生產國生產的90%的氨用于本國消費而非出口。
主要生產國的共同點是，各國都是“人口諸多的農業大國”，由此可以推斷，生產的氨絕大部分用作農業肥料。另外，氨出口量最多的國家是特立尼達和多巴哥，其次是俄羅斯和沙特阿拉伯，僅這三個國家就占全球氨出口量的約一半。進口量最多的國家是美國，其次是印度和摩洛哥。排在第一位的美國是特立尼達和多巴哥所生產氨的最大出口國。
氨“在能源領域的潛能”備受期待
氨在多個領域以及多個國家都表現出巨大的潛力，在能源領域也備受關注。在能源領域，氨作為氫運輸載體備受期待。氫作為下一代能源備受關注，但氣體狀態的氫氣非常輕，難以大量運輸，成為氫能普及的障礙。解決該問題的辦法是氨，氨含有氫分子，并且已經確立了氨相關運輸技術。將氫暫時轉換成氨，到達目的地后再還原成氫，這樣便能實現大量運輸。
實際上，氨是“零碳物質”，燃燒時不會產生CO2，因此近年來，也在推進將氨用作燃料的研究。在開發僅以氨為燃料的發電技術的同時，也在推進氨“混燒”技術的開發，即將氨加入燃煤火力發電的鍋爐中燃燒來進行火力發電。為了將氨燃料投入實際使用，日本政府以及全球規模最大的火力發電公司JERA都在推進相關舉措。JERA在2020年10月公布的《JERA零排放2050》中表示，其目標之一是將部分或全部火力發電燃料替換為氨。
穩步推進“混燒”的實證實驗
接下來將對混燒技術進行詳細介紹。在氨燃料的實用化進程中，研究最多的是氨混燒。目前，日本大部分發電依賴于火力發電，由火力發電排出的CO2占日本CO2總排放量的約40%。日本政府在2020年提出了“2050年實現CO2凈零排放”的目標，但如果還像現在這樣依靠火力發電的話，脫碳社會很難實現。因此，作為發電方法之一，提出混燒來解決火力發電帶來的CO2排放問題。
在燃煤火力發電領域應用氨混燒時，基本不需要改變現有設備，花費較少的成本即可實現CO2減排效果。2021年6月，JERA開始在其愛知縣的100萬kW級碧南火力發電站開展20%氨混燒實證試驗。
今后，當日本近半數的發電轉換為氨燃料專燒時，預計有望削減約2億噸的CO2排放。
實現氨燃料實用化要突破的課題
雖然各方都希望實現向氨燃料的轉換，但在此過程中，還存在諸多需要解決的課題。其中之一是“如何構建可持續性氨供應鏈”。如果日本所有的燃煤火力發電廠都采用20%氨混燒，則需要幾乎與上述全球總進出口量相同的氨。因此，如果今后燃煤火力發電廠的氨混燒率增加，或者火力發電中采用氨“專燒”，則目前全球氨產量遠遠不足，其結果可能導致市場價格大幅上漲。
要解決供應鏈問題，并將氨燃料作為可持續性燃料，需要進一步研究對策。為解決這些課題，2020年10月成立了“氨燃料導入官民協議會”，以確立氨燃料的穩定供應體制。該協議會由政府機構和民間企業組成，電力公司、負責供應的商社、提供技術支持的設備制造商等均參與其中。在協議會上，除了共享氨燃料供應體制方面的課題外，還協商了實現實用化導入過程中的措施。
此外，在該協議會之前，還設立了“一般社團法人清潔燃料氨協會（CFAA）”，到2021年7月，已有近100家日本企業和16家外國企業加入其中。
目前，正在推進從氨出口主要國家向日本輸送氨燃料的實驗。另外，將來有可能進口在美國和澳大利亞等國家生產的氨。如果日本能夠盡早確立穩定的供應體制，并以亞洲為中心，普及氨混燒或專燒技術，將有可能引領全球氨燃料市場。
來源：AIpatent 前沿研發信息介紹平臺
