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氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(九)——零碳NH3的特点及其对日本的重要性

 
SIP“能源载体”总结报告连载,点击链接即可回顾前文内容:

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(一)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(二)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(三)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(四)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(五)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(六)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(七)

氨作为零碳燃料和氢能载体的可能性(八)

.....(持续更新中)

  到目前为止,已经在前8篇连载中探讨了NH3作为氢能载体的魅力和潜力。除此之外,还提出了各种引入氢能的方法,其中一些方法也已在日本具体实施。本文将探讨对于面临日本这样的能源环境的国家来说,通过零碳NH3形式引入氢能被认为是重要且有力手段的理由。

1、考虑氢能引入手段时的重要事项

之所以在此处强调“对于面临日本这样的能源环境的国家”,是有重要原因的。这是因为氢能的最佳利用方法因国家或地区而异,其原因在于氢能的本质特性。IEA(国际能源机构)将其记述如下。

“氢与电一样,是一种输送能量的介质,本身并不是能源。而氢和电的主要区别在于氢是分子(化学)能的输送介质,而不是电子能(如电)的输送介质。这种本质区别便是其特征。由于是分子,所以可以长期保存,也可以燃烧产生高温。此外,还可以与碳、氮等其他元素结合,转化为易于处理的氢能载体注1)”。

具有这样特征的氢使多种能源系统成为可能。因此,氢能的合理利用取决于其制造、运输和利用方法。此外,氢能系统的“合理性”因氢能相关资源注2)的赋存状况、地理环境、能源基础设施状况等而异,因此氢能的最佳利用方法因国家或地区的环境而异。

之所以强调这一点,是因为提及氢能引入方法时,经常引用欧洲的例子,但有时无法为日本提供参考。从某种意义上说,欧洲是一个环境特殊的地区:①区域内风力和水力等可再生能源资源丰富,存在剩余的可再生能源电力;②氢需求区与可再生能源电力赋存区相对较近;③区域内已建成输电线路网和燃气管道网;④利用输气管道将氢作为热源的需求较大等。在这样的地区,将剩余的可再生能源电力转化为氢气并将其以气体形式(不使用能源载体)通过天然气管道或油罐车来运输和使用是合理且经济的。但是,在与欧洲环境大不相同的日本,同样的情况并不适用。可以说欧洲在这方面拥有世界上最特殊的能源环境。

对此,IEA在“The Future of Hydrogen”中详细分析并解释了影响氢能成本竞争力的主要原因之一是其运输和储存成本,氢能的成本因氢能的运输距离和方式不同而有很大差异注3)

因此,必须根据日本所处的赋存状况、地理环境、能源基础设施状况等,来考虑氢能相关资源的合理引入方法。

此处将回顾一下将氢能引入日本的最重要意义。(如连载二所述)其意义是,以零碳能源为手段,从海外氢能相关资源丰富的地区大量引入零碳能源作为发电燃料,以实现GHG(温室气体)减排80%的目标。换言之,如何根据“发电用”、“大量”的要求来评估提出的氢能引入方法,是识别其优缺点时的重要判断标准。另外,在氢能方面,燃料电池汽车(FCV)和家用燃料电池热电联产系统(ENE-FARM)在日本广为人知。虽然这些都是氢能的重要用途,但目前这些用途所需氢能的量有限,因此,开发从国外向日本引入氢能的手段并非当务之急注4)

2、日本大量引入氢能的手段:氢能载体

正如之前所指出的,像日本这样远离氢能资源丰富地区的国家,为了大量引入氢能,必须将体积能量密度低的氢气转化为易于运输和储存的物质或状态,即使用氢能载体。

在2014年启动的SIP“能源载体”项目中,除了此前在本连载中作为氢能载体进行说明的NH3之外,液化氢和甲基环己烷(MCH)也作为研究开发对象被提及(另外,自1993年以来日本政府一直在进行液化氢相关的研究开发)。下面将尝试比较一下这三种氢能载体引入氢能的方式。在此之前,先总结一下从每种氢能载体(液化氢、甲基环己烷(MCH)、NH3)的基本特性得出的主要特征注5)。请结合【表1、2】来阅读下文的说明。(另外,在日本政府于2017年12月编制的“氢能基本战略”中,还提出将零碳甲烷(CH4)作为氢能的利用手段。然而,IEA在“The Future of Hydrogen”中,将含有零碳CH4的合成碳氢化合物从氢能引入手段的讨论对象中排除。关于零碳CH4的解

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