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摘要：随着碳中和目标的提出，可再生能源变得越来越重要。本文将介绍有助于实现碳中和的三种新能源。

关键字：氢、氨、合成燃料、零碳能源、脱碳、碳中和

零碳能源越来越受到关注的原因

在《巴黎协定》生效，以及日本为在2050年实现碳中和而制定了《绿色增长战略》后，不排放CO₂的零碳能源越来越受到关注。

典型的是太阳能发电和风力发电等“可再生能源”。

《巴黎协定》于2016年11月生效，是历史上首个关于气候变化的全球性协定，全球已有190多个国家参加。

其中，《巴黎协定》提出了2℃温升目标（作为全球共同的长期目标，将工业革命以来的全球平均温升控制在2℃以下），全球立即开始重视CO₂减排和环保措施。

《巴黎协定》以在本世纪下半叶尽快实现“脱碳社会”为目标，在能源方面，提出将可再生能源定位为脱碳的主要动力源，推进碳循环利用，节约能源，实现氢能社会等方针。

根据《巴黎协定》，脱碳成为了全球趋势。但在日本，还有另一个促进碳中和的重大契机，那就是“2050年碳中和”。

“2050年碳中和”是时任日本首相菅义伟在2020年10月举行的第42届全球变暖对策推进总部的会议上提出的目标，即“到2050年，排放到大气中的二氧化碳等温室气体与森林等吸收的量相互抵消，实现温室气体净零排放。”

截至2021年1月，包括日本在内的全球超过124个国家和地区宣布了到2050年实现碳中和的目标。应对气候变化不仅仅表现在环保方面，也逐渐变成了一种发展机遇。

对于企业来说，虽然需要从根本上改变传统的项目运营和商业模式，但这反而成为引领新时代的机会，将成为大胆投资和创新的契机。

在这样的背景下，为了实现到2050年温室气体净零排放的目标，日本政府在2021年10月内阁会议审议通过的《第六次能源基本计划》中，明确表示将可再生能源定位为脱碳的主要动力源，并推动利用氢等下一代能源的创新。

备受关注的下一代新能源

“氢”、“氨”和“合成燃料”这三种能源作为有助于实现碳中和的新能源而备受关注。

■氢

与其他两种能源相比，氢更早引入，并且有可能成为“终极能源”，因此关注度越来越高。

氢被认为是终极能源的原因之一在于其可以成为化石燃料的替代能源。目前，日本的大部分化石燃料都依赖于进口，如果能够将氢作为能源广泛利用的话，日本的能源自给率将会提高。另外一个原因在于氢可以促进国际市场的开拓和日本产业竞争力的加强。

根据制造工艺的不同，氢被分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。使用煤或天然气生成的氢被称为“灰氢”，在制造过程中会产生CO₂；采用碳捕获、利用和封存（CCUS）技术而制造的氢被称为“蓝氢”；通过可再生能源电力电解生成的氢被称为“绿氢”。由于绿氢可以用作完全不排放CO₂的“零碳”能源，因此氢作为环保措施具有很大的潜力。

综上所述，氢有望成为能够满足日本能源政策的基本观点——“在安全的前提下同时实现自给率、经济效率和环境相容性（3E+S）”的能源。

■氨

提到氨，人们首先想到“具有刺激性气味的有害物质”或“田间肥料”。实际上，世界上80%的氨被用作肥料，而剩下的20%则用于工业用途，如三聚氰胺树脂和合成纤维尼龙的原料等。

除上述用途之外，由于氨是燃烧时不会排放CO₂的“零碳”物质，因此现在在能源领域作为有助于削减CO₂排放量的燃料开始受到关注。

日本正在开发仅使用氨作为能源的发电等技术。日本发现，降低燃煤火力发电厂中所使用燃料中的煤炭比例，取而代之使用氨，有助于减少CO₂排放。

氨已经用于各种用途，因此已经确立其生产、运输和储存技术。也就是说，使用氨作为燃料，不仅能够抑制研发等相关初始投资，安全措施和指导方针也都已完善。

但是，氨存在如何稳定确保供给量的课题。例如，如果在日本的大型燃煤火力发电厂中用氨代替20%的煤炭作为燃料进行发电的话，则需要大约2000万吨氨，这相当于目前全球氨的进出口量。如果发电领域的氨使用量突然增加，将会引起供应不足，导致价格上涨，影响肥料市场，因此氨的使用仍需谨慎。

此外，氨还存在燃烧时会排放导致大气污染的氮氧化物（NOx）的课题。虽然化石燃料的燃烧也会排放氮氧化物，但控制NOx排放仍是一个重要课题。

■合成燃料

合成燃料是指通过合成二氧化碳和氢而制成的燃料。

合成燃料有望减少CO₂排放，其主要特点之一在于使用发电厂和工厂等排放的CO₂作为原料。

从发电厂和工厂等排放的CO₂浓度高，因此适于回收，但目前正在探讨今后直接分离和捕获大气中的CO₂（CO₂浓度较低）以制成合成燃料。合成燃料作为下一代脱碳燃料备受关注。

此外，合成燃料还具有能够利用现有设备的巨大优势。

与汽油、轻油等一样，液态合成燃料具有“能量密度高”的特点，少量的液态合成燃料中蕴含大量的能量。

因此合成燃料有望用作喷气式飞机等的燃料，这是能量密度低的氢无法替代的。

针对难以加氢或电气化的产品，使用合成燃料用作替代燃料的话，将进一步减少CO₂排放。

各自的使用实例

以下将分别介绍氢、氨和合成燃料的具体使用形式。

■氢

氢的主要应用领域是燃料电池汽车（FCV）和燃料电池巴士（FC巴士）。其基本结构是通过车载燃料电池使用氢发电，以此作为汽车的动力，叉车等工业车辆实际上已经开始使用氢。

在日本2017年12月制定的《氢能源基本战略》中，提出了以下目标：到2030年，FCV由2020年的3800辆增加至80万辆，FC巴士由99辆到增加至1200辆。今后，通过进一步的技术进步和降低成本以取代汽油车。此外，不仅仅是汽油车，大型车辆改用燃料电池，加油站被加氢站取代等也在未来的考虑之中。

■氨

氨的主要用途是在发电和工业领域中用作火力发电的燃料，以及在运输领域中用于船的发动机和燃料电池的燃料。

为了实现氨在火力发电中的应用，自2021年起，日本最大的火力发电公司——JERA开始在其火力发电厂内进行实证实验。

除了燃煤火力发电的替代燃料以外，氨还有望用于其他用途。目前还在进行以下实证实验：通过直接燃烧氨气进行燃气轮机发电，以及有可再生能源电力制成氢为原料合成氨。如果以上实证实验取得成功，则有望普及使用零碳氨的电力。

■合成燃料

合成燃料易于使用，因此其使用范围将会扩大，例如替代无法使用氢等低能量密度能源的产品。

除了用于前面介绍的飞机外，合成燃料还有望用作船舶和大型客车的燃料。

此外，众所周知，合成燃料可以用作使用煤油、液化石油气和城市燃气的取暖设备的燃料，还可以用作锅炉燃料以代替汽油。

总结

面向2050年碳中和的目标，这三种能源具有各自的特点，通过最大限度地发挥各自的优点，不仅可以实现碳中和，还可以解决日本的能源自给率问题，增强产业竞争力。

这些下一代能源的使用将在未来越来越受到关注。

实现碳中和的三种下一代零碳能源——氢、氨和合成燃料