日本國(guó)家研究機(jī)構(gòu)新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）于1月7日宣布了這項(xiàng)綠色創(chuàng)新基金的資助。這個(gè)為期10年的“氨燃料供應(yīng)鏈建設(shè)項(xiàng)目”尋求到2030年將氨燃料生產(chǎn)成本“降低到每Nm 3（氫當(dāng)量的熱值）10日元（約合0.09美元）以下。 

該倡議植根于日本于2020年10月宣布的在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的雄心。雖然該國(guó)嚴(yán)重依賴煤炭和液化天然氣燃料發(fā)電，但它打算促進(jìn)電氣化；增加對(duì)氫氣、甲烷化、合成燃料和生物燃料的使用；并使其煤炭和天然氣機(jī)組脫碳。目前的目標(biāo)要求到2050年日本10%的電力和到2030年至少1%（約1吉瓦）將來(lái)自氫或氨。

但隨著脫碳勢(shì)頭的增強(qiáng)，氨在電力行業(yè)未來(lái)的作用引起了人們的關(guān)注，這一新舉措引起了全球的關(guān)注。專家們指出，直接獲得低碳能源資源有限的國(guó)家可以使用氨作為氫進(jìn)口的載體，因?yàn)榘钡膯挝惑w積氫含量很高，而且很容易液化。氨也可以裂解產(chǎn)生用于燃?xì)廨啓C(jī)的純氫，但它也可以直接燃燒，或者送入到現(xiàn)有的燃煤電廠或燃?xì)廨啓C(jī)中共同燃燒。最后，與氫一樣，它也可以用作電力部門的季節(jié)性存儲(chǔ)介質(zhì)，替代電池稱為潛在的更便宜的能源儲(chǔ)備技術(shù)。

JERA 1-GW燃煤 Hekinan 4 的氨混合燃燒演示項(xiàng)目

NEDO的資金將使JERA和IHI公司啟動(dòng)一個(gè)更雄心勃勃的項(xiàng)目，以在2028年之前在JERA位于愛(ài)知縣的 4.1 GW Hekinan 熱電站的4或5號(hào)機(jī)組展示50%的氨混燒率。

JERA 是東京電力公司 (TEPCO) 和 Chubu Electric 的合資企業(yè)，計(jì)劃到2050年將其龐大的燃煤機(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)?00%氨氣燃燒。IHI Corp. 是一家大型工程和重工業(yè)制造商，正在開發(fā)氫和氨的整個(gè)價(jià)值鏈，其目標(biāo)是到2030年實(shí)現(xiàn)每年300萬(wàn)噸 (MTPA) 的氨燃料需求（到2050年達(dá)到30 MTPA），兩家公司都在發(fā)電廠的氫氣和氨氣燃燒方面進(jìn)行了大量投資。

在2021年5 月NEDO的另一項(xiàng)撥款下，兩家公司啟動(dòng)了一個(gè)相關(guān)項(xiàng)目，以在2025 年 3 月之前在1 GW Hekinan 4 上展示20% 的氨燃料混合燃燒。值得注意的是，2021年10月，兩家公司宣布他們已經(jīng)開始在相鄰5號(hào)機(jī)組安裝的測(cè)試燃燒器上進(jìn)行“小功率利用”，這是他們?yōu)?號(hào)機(jī)組開發(fā)大容量混燃燃燒器的努力的一部分。從2021年10月] 到2022年3月的大約6個(gè)月內(nèi)，JERA和IHI將檢查不同燃燒器材料和燃燒時(shí)間的影響，以確定混燃燃燒器所需的條件?！彼麄冋f(shuō)。他們指出，5號(hào)機(jī)組使用了大約200噸氨，這些氨是由工廠的脫硝罐供應(yīng)的。

但NEDO的新資金啟動(dòng)了一個(gè)更大的、為期八年的項(xiàng)目，其目標(biāo)更遠(yuǎn)大。一方面，兩家公司現(xiàn)在正在尋求開發(fā)一種能夠在2024財(cái)年（FY）之前至少混燒50%的燃燒器?！案鶕?jù)結(jié)果，兩家公司將決定是否在 Hekinan Thermal Power 安裝燃燒器車站。如果安裝了燃燒器，計(jì)劃要求在2028財(cái)年開始在實(shí)際發(fā)電廠中與至少50%的氨混合燃燒。” NEDO 指出，該項(xiàng)目將在驗(yàn)證測(cè)試之前進(jìn)行可行性研究。 

JERA、三菱重工追求專用燃煤氨燃燒器

NEDO 的資金還顯著支持了由 JERA 和三菱重工 (MHI) 牽頭的并行項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在開發(fā)和演示用于三菱公司制造的燃煤鍋爐的專用氨燃燒器。該項(xiàng)目將包括在“特殊燃燒器”中開發(fā)“高混合”燃燒，但它也可以擴(kuò)展到在實(shí)際機(jī)組中進(jìn)行可行性研究的證明。

他們?cè)谏现艿囊环萋?lián)合聲明中表示，到 2024 年，JERA 和三菱重工打算“開發(fā)一種能夠進(jìn)行純?nèi)剂习比紵男滦腿紵鳎⒅贫ㄔO(shè)備總體規(guī)劃，以展示其在實(shí)際鍋爐中的使用”?！案鶕?jù)結(jié)果，兩家公司將決定是否在三菱重工制造的 JERA 燃煤鍋爐上安裝該燃燒器。對(duì)于實(shí)際的電廠演示，JERA 和三菱公司計(jì)劃在2028財(cái)年之前在兩個(gè)具有不同鍋爐類型的裝置中驗(yàn)證至少50%氨的混燒?！?/p>

建立燃料氨供應(yīng)鏈

NEDO 的最新獎(jiǎng)項(xiàng)包括一個(gè)開發(fā)和展示用于氨生產(chǎn)的新催化劑的項(xiàng)目，以及另一個(gè)用于綠色合成氨的進(jìn)一步研發(fā) (R&D) 的項(xiàng)目。

由千代田公司、東京電力公司和 JERA 等一系列發(fā)電企業(yè)帶頭，其中一個(gè)項(xiàng)目將在開發(fā)創(chuàng)新催化劑的基礎(chǔ)上建立獨(dú)立的氨合成技術(shù)。該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是通過(guò)降低生產(chǎn)成本來(lái)增加氨的使用，并減少發(fā)電廠的二氧化碳排放。

JERA 表示，研發(fā)將分階段進(jìn)行。在第一階段，研究人員通過(guò)三個(gè)行業(yè)/學(xué)術(shù)界團(tuán)隊(duì)之間的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展戰(zhàn)略開發(fā)新的氨合成催化劑。在第二階段，該團(tuán)隊(duì)將開發(fā)新的氨合成工藝/設(shè)施，“通過(guò)利用第一階段開發(fā)的低溫和低壓合成催化劑來(lái)降低生產(chǎn)成本”，與基于 Haber-Bosch 的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。Haber-Bosch 工藝于 1913 年首次大規(guī)模部署，涉及使氫氣與空氣中的氮?dú)夥磻?yīng)，至今仍是生產(chǎn)氨的主要工藝。

IHI公司為100% 液氨燃?xì)廨啓C(jī)燃燒而努力 

NEDO 在1月份的批量資助也支持了 IHI 公司和合作學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)為 2 兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)專用 100% 液氨燃燒系統(tǒng)的努力。該項(xiàng)目將尋求獲得“操作訣竅”，驗(yàn)證安全措施，并建立“早期社會(huì)實(shí)施”。

IHI公司的合作伙伴包括將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模測(cè)試的 Tohuku 大學(xué)，以及將使用小型燃燒器進(jìn)行臺(tái)架規(guī)模測(cè)試的國(guó)立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所。IHI公司則打算支持“實(shí)機(jī)”規(guī)模測(cè)試以及 2 兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)示范測(cè)試。

NEDO 資助的在燃?xì)廨啓C(jī)中實(shí)現(xiàn) 100% 氨燃燒的新項(xiàng)目是對(duì) IHI 公司近年來(lái)取得的重大成就的顯著擴(kuò)展。2018年3月，該公司展示了在 2 兆瓦IM270 航改燃?xì)廨啓C(jī)上混燒 20% 氨氣的技術(shù)，同時(shí)抑制氮氧化物 (NO x ) 的排放。在隨后的 NEDO 項(xiàng)目中，從2019 年 4 月到 2021 年 3 月，IHS 公司表示，它把2 兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的液氨混燃率提高到 70%，甚至“達(dá)到了在有限的基礎(chǔ)上使用這種技術(shù)進(jìn)行100% 的液態(tài)氨燃料燃燒?！?/p>

IHI 公司解釋說(shuō)，氨燃燒面臨的最大挑戰(zhàn)之一是它的燃燒速度約為天然氣的五分之一，產(chǎn)生的熱量約為天然氣的一半，絕熱火焰溫度低約150攝氏度。因?yàn)樗娜紵俣缺忍烊粴饴?，所以燃燒穩(wěn)定性特別具有挑戰(zhàn)性?！傲硪粋€(gè)穩(wěn)定性障礙是液氨蒸發(fā)的高潛熱，這會(huì)導(dǎo)致燃燒器內(nèi)的溫度下降，”它說(shuō)。擴(kuò)大規(guī)模還需要擴(kuò)大蒸發(fā)器、控制閥和其他外圍設(shè)備，以增加向燃機(jī)中注入氣態(tài)氨——這可能會(huì)增加設(shè)施成本。 

該技術(shù)由日本國(guó)立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院東北大學(xué)Hideaki Kobayashi 教授于 2019 年 5 月提出，實(shí)質(zhì)上是將液氨直接“噴射”到燃燒器中。“這種方法消除了氨氣化和相關(guān)外圍設(shè)備的支出需求，并增強(qiáng)了可控性。”IHI公司表示。 

憑借最近的成就，IHI公司特別是在 2021 年 6 月與美國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)巨頭 GE 合作，共同制定了亞洲氨燃料燃?xì)廨啓C(jī)業(yè)務(wù)路線圖。“氨路線圖將支持使用氨作為無(wú)碳燃料，以降低現(xiàn)有和新燃?xì)廨啓C(jī)的碳排放，根據(jù)諒解備忘錄，兩家公司將對(duì)氨的市場(chǎng)量以及氨作為日本和整個(gè)亞洲燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠的原料的可行性進(jìn)行深入研究。”

日本燃?xì)廨啓C(jī)制造商三菱電力也在開發(fā)一種以氨為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)。在2021 年 3 月公布其開發(fā)的可直接燃燒 100% 氨的 40 兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)后，三菱電力于 2021 年 8 月宣布小規(guī)模燃燒試驗(yàn)顯示出希望。“這些測(cè)試用于匯編氨和煤混燒和氨專用燃燒的基本數(shù)據(jù)。在了解氨燃燒的特性后，該公司還確定了燃燒的最佳系統(tǒng)和條件。其中包括 NOx的產(chǎn)生，“這是氨燃燒的一個(gè)問(wèn)題，以及未反應(yīng)的殘余氨可能釋放到發(fā)電系統(tǒng)之外，”它說(shuō)。

三菱電力現(xiàn)在正致力于使用全尺寸燃燒系統(tǒng)演示該技術(shù)。該公司表示，還將“采取措施在現(xiàn)有設(shè)施中實(shí)施該技術(shù)，旨在逐步將氨燃料引入該行業(yè)。”