能源行業(yè)專家Keith Lovegrove表示，可以將太陽能作為零碳液體燃料在全球各地儲存、灌裝并運輸。

澳大利亞可再生能源機構ARENA近日宣布為可再生能源產(chǎn)生的氫氣出口提供2000萬美元的資金。Lovegrove介紹了澳大利亞的太陽能燃料(SolarFuels)路線圖，并對太陽能和各種混合燃料進行了比較。澳大利亞致力于采用新的清潔能源替代煤炭進行出口，日本已經(jīng)成為澳大利亞能源出口的第三大出口國，并且正在氫經(jīng)濟進行投資。

“日本是完全依賴能源進口的全球主要的工業(yè)化國家。他們的能源未來將轉(zhuǎn)向氫經(jīng)濟。而澳大利亞是生產(chǎn)氫氣的理想之地。”Lovegrove說。

但他表示，實際包含更多氫原子的N和分子具有清潔氫氣經(jīng)濟的巨大潛力。氨氣(NH3)可以將1個氮原子與3個氫原子鍵合在一起。一公升液態(tài)氨中的氫氣量比一公升液態(tài)氫氣(H2)的氫氣量還要大。Lovegrove解釋說，“這是違反人們直覺的，但氨氣是一種將更多的氫包含在內(nèi)的氣體分子。”

也許未來應用和發(fā)展的不是氫經(jīng)濟，而是專家所建議的“氨氣經(jīng)濟”。 氨氣(NH3)和氫氣一樣，沒有碳原子，而氨氣(NH3)可以生產(chǎn)出清潔理想的液體燃料，并且技術過渡更容易。

“我個人贊成使用氨氣(NH3)來輸送氫氣，”他說。 “當運輸?shù)竭_目的時，可以把它變成氫氣。或者甚至可以直接使用它，因為將傳統(tǒng)的燃氣輪機進行一下改造，就可以直接燃燒氨氣(NH3)。”

氨氣(NH3)作為太陽能集中發(fā)電(CSP)的潛在儲能

Lovegrove曾參與IEA的SolarPACES任務II：太陽能化學研究，現(xiàn)在負責能源咨詢公司ITPower的太陽能熱能部門。他最近與加州大學洛杉磯分校的合作伙伴合作研究，其中包括撰寫的2017化學工程進展論文，利用合成氨工業(yè)進行太陽能儲存，研究如何將氨氣(NH3)作為太陽能集中發(fā)電(CSP)的新型儲能材料。

作為儲能物質(zhì)，氨氣(NH3)分解之后并且在熱化學儲能循環(huán)中重新結合。盡管化學反應發(fā)生在700°C左右，以儲存能量，并稍后釋放蒸汽，但氫氣和氨氣的混合物可以在常溫下運送和儲存，并且僅在需要驅(qū)動蒸汽循環(huán)時產(chǎn)生熱量，因此它可以長期存放。

但是Lovegrove認為氨氣(NH3)的儲能能力遠不止此。

在人口稠密的地區(qū)，很難安裝部署公用事業(yè)規(guī)模的太陽能集中發(fā)電(CSP)設施，它可以在無風的沙漠中部署，并且其附近還需要使用電力的人群，這種要求通常很難實現(xiàn)。但是可以將太陽能產(chǎn)生的電力生產(chǎn)氨氣，可以將存儲在液態(tài)燃料中的太陽能“瓶裝”起來，這種液體燃料可以在任何地方運輸和使用，其市場應用將大幅增長。

太陽能發(fā)電可以在沙漠地區(qū)生產(chǎn)，通過管道將液化氨氣輸送到海岸，并運往全球。由于海上運輸液體燃料的效率極高，因此采用太陽能生產(chǎn)的氨氣將增加世界各地太陽能熱能的生產(chǎn)和出口。

“現(xiàn)在就像石油產(chǎn)品貿(mào)易一樣，如果在中東地區(qū)采用油輪運輸石油，運輸期間將會消耗大量的能源，占到其有效載荷的2%。”他指出，“因此油輪運輸效率高達98%。那么有趣的問題是否可以同樣運輸氨氣(NH3)。”

氫氣(H2)和氨氣(NH3)都可以儲存和攜帶能量，但氨氣(NH3作為能源載體更為理想。“氨肥生產(chǎn)是全球最大的化工行業(yè)之一。世界各地都有生產(chǎn)工廠，而運輸船每天都在全球各地運輸，因此這是一種可以大力推廣的事情。”

由于氨氣(NH3)已經(jīng)被廣泛地生產(chǎn)和使用，并且具有完善的分配和處理程序，所以這將不是一個困難的技術過渡。當氨氣(NH3)作為燃料燃燒時，它會簡單地分解成氮氣和水。并如果氨氣(NH3)泄漏到空氣中，很容易通過檢測。

液體燃料對全球氣候的重要性

液體燃料是脫碳最大的未開發(fā)資源。即使世界上的所有電力都采用100%可再生能源發(fā)電，電力部門的排放量僅占全球排放量的20%。30年的努力并沒有使太陽能氫能經(jīng)濟實現(xiàn)，主要是因為氫氣難以運輸和儲存。研究人員正在越來越多地關注作為潛在載體的氨氣(NH3)的運輸和儲存基礎設施。

通過氨氣(NH3)不僅可以儲存和運輸可再生能源，還可以使用任何可再生能源為其生產(chǎn)提供電能。因為氨氣(NH3)只是氫氣和氮氣組合而成，所以它可以通過電解從水(H2O)和空氣(73%的N2)中化學分解。任何化學反應基本上都是原子之間電子交換。而氫氣(H2)不會在自然界中發(fā)生，但可以從水(H2O)中分離出氫氣氣。而氨氣(NH3)的每個氮原子含有三個氫原子。

太陽能電解可以在商業(yè)中獲得

為了對這些分子進行化學重組，現(xiàn)有的電解可以采用任何可再生能源產(chǎn)生的電力。“例如，企業(yè)可以購買一臺多兆瓦的電解槽。這是商業(yè)上可用的，可以安裝到太陽能發(fā)電場，可以立即實現(xiàn)。”Lovegrove說。

在可再生電力成本為每兆瓦時30美元或更低的地區(qū)，通過太陽能或風能產(chǎn)生的電力電解水產(chǎn)生氫氣，并與天然氣合成氨氣，而天然氣合成氨每噸產(chǎn)生1.7噸二氧化碳，其成本為每噸200美元至600美元。

太陽能集中發(fā)電（CSP）可以將成本降低近一半

這將采用1909年發(fā)現(xiàn)的基于化石燃料的Haber-Bosch工藝。在從天然氣中分離出氫氣后，提純的氮氣和氫氣在200-400個大氣壓的壓力范圍內(nèi)被加熱到40℃0-650℃，而這也是排放二氧化碳的過程。基于化石燃料的氨氣制造業(yè)已經(jīng)排放了全球溫室氣體的1%，而只為是為了生產(chǎn)化肥。如果氨氣(NH3)要想成為能源載體，那么采用高效的太陽能是必不可少的。

但是在太陽能反應器中可以提供800℃至1000℃以上的熱量。太陽能集中發(fā)電(CSP)更高效的電解水有望將太陽能電解產(chǎn)生的氫氣成本減半。

作為燃料的氨氣(NH3)在過去一個世紀以來很少受到人們關注，但隨著當今在太陽能燃料研究方面的進步，氨氣(NH3)有望作為一種液體燃料進行推廣，并開啟太陽能交易的新紀元。