日廠投入氨氣發電,降低環境負擔亞洲將成最大潛在市場

淨零排放(Net Zero)成解決當前溫室效應的重要課題,而在國際碳中和趨勢下,尋求燃燒後不產生二氧化碳的替代燃料更成為當務之急,其中最受矚目的便是氫與氨。

由於與氫相比,氨具有製造、運輸、儲存成本低且燃燒效率高的特性,更多了應用上的便利性,更成為極具發展潛力的能源選項之一。

根據《日本經濟新聞》報導,三菱重工將研發讓輸出功率超過20萬千瓦的大型渦輪發動機也能夠使用氨氣的設備,不會排放一般氨氣發電設備所會產生的氮氧化物,能夠抑制環境負擔,加上氨氣發電在燃煤火力發電興盛的亞洲地區容易進行轉換,且在俄烏戰爭引發能源供應危機後,也開始出現應追求能源多樣化的聲浪,然而於此同時,氨氣供給不足的疑慮也讓供應鏈與發電效率的改善成為其課題。

600度排熱分解液化氨,燃燒氫來作動渦輪發動機

三菱重工所研發的大型渦輪發動機是使用運轉時超過攝氏600度之排熱的一部分,來將液化氨分解成氮與氫,接著燃燒排放的氫來作動燃氣渦輪發動機,並以該熱再次分解液化氨。

使用液態氨之大型渦輪發動機發電示意圖 圖/三菱重工
使用液態氨之大型渦輪發動機發電示意圖 圖/三菱重工

新設備將於2030年代商用化,約可提供約2萬5000戶一般家庭用電,只要將既存設備從燃煤修改成燃氣來設置,設置成本可壓低至新建置氫氣渦輪發動機的1成。

另外,相較於電力輸出越大則越需要的發電設備設置數少,可提升設備管理的效率等。

三菱重工將目標放在純燃燒氨氣之輸出功率4萬千瓦的中小型燃氣渦輪發動機於2025年實用化,中小型將適用於工廠等自用發電,主要看好新加坡等燃料自給率較低之東南亞地區的需要。

其他重工也紛紛投入氨氣活用,IHI從製造、運輸到活用的完整供應鏈來進行研發,並已進入對一般家庭供電的大規模驗證實驗階段;川崎重工於2021年便已開始大量運輸負33度之液化氨的海運業務。

以再生能源產氫製氨再加以混燒發電的流程圖 圖/沖繩電力
以再生能源產氫製氨再加以混燒發電的流程圖 圖/沖繩電力

川崎重工將於沖繩進行燃煤混氨發電驗證實驗

川崎重工將於2026年3月在沖繩電力的具志川火力發電廠,啟動燃煤混氨的氨氣發電驗證實驗,確認燃燒程度與安全性等以求順利業務化,進而實現替代燃煤火力發電。

川崎重工將於該發電廠的1號機(輸出功率15萬6000千瓦)安裝燃燒器、鍋爐、儲存槽等,並於2023年3月與沖繩電力等一同調查導入成本等,作為未來業務化的評估參考。

一般若要從縣外運輸燃燒所需氨氣會需要起卸基地等,而沖繩受到地形限制有其困難,因此便改採由具備氨氣製造技術、源自東京工業大學的新創企業TSUBAME BHB在沖繩直接製造氨氣。

H-25中小型燃氣渦輪發動機 圖/三菱重工
H-25中小型燃氣渦輪發動機 圖/三菱重工

冷卻運輸成本低,可用於使用大量火力發電的亞洲市場

各廠競相投入研發的原因在於氨氣發電有兩大優點,首先,氨氣的液化溫度為負33度,與液化氫負253度相比較接近常溫,可以壓低冷卻成本,亞洲以島國居多,而氨氣便於海上運輸,預估未來需求將以亞洲為中心擴散。

再者,容易從在亞洲所大量使用的燃煤火力發電進行轉換,燃燒速度與煤炭相等,只要將既存燃煤火力設備進行小規模改造便可使用,發電成本每1千瓦.時為23.5日圓,算上運輸成本後可以壓低至氫氣的1/4。

根據英國智庫碳追蹤倡議(Carbon Tracker Initiative)指出,全球燃煤火力發電廠中新建的80%、既有的75%都在亞洲;而在國際能源署(IEA)的調查當中,亞太地區佔世界能源需求的7成,預估即便到2040年燃煤火力仍將佔發電來源整體的4成。

據日本經濟產業省評估,氨氣的全球市場將在2030年達到7500億日圓,2050年更加膨脹到7兆3000億日圓,亞洲需求的擴大已成為其中主力,日本也把目標放在於2050年時建立起1億噸規模的供應鏈。

氨氣供應鏈的擴充將成為未來普及的關鍵

然而所要面對的課題是供應鏈的擴大,氨氣全球產量的約有8成為肥料用,目前幾乎未被用於發電,若隨著電力用需求的增加,有可能導致既有產業供需失衡而供不應求,且氨氣帶有毒性,與其他化學物品相比管理上也較不易。

氨氣供應鏈的擴大,將有必要透過生產設備的大規模化或高效率化,來提高能源領域的需求,隨著烏克蘭情勢而導致全球能源供給動盪,是否能夠儘早確立氨氣生產技術將成為氨氣發電普及的關鍵。

參考資料:日經日經沖繩電力三菱重工三菱重工

責任編輯:吳秀樺

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