豪賭氫能源 日本會成為全球能源業真正的「遊戲改變者」嗎?

世界第三大經濟體——日本,在過去的一個多世紀以來,憑借石油、天然氣和煤炭打造出一整套完整的工業體系。但如今,日本正在加足馬力,把一大部分能源需求轉化為更加清潔的能源——氫能。此前,氫能一度被認為成本過高以及效率過低。這樣的抉擇,被外界看來是日本在整個工業體系上的最大賭注。

作為消除碳排放30年計劃的一部分,如果日本的野心得以實現,其可以為全球氫能供應鏈打下牢固基礎。

重金投入氫能

在過去幾年里,日本上至政府,下至企業,重金投入氫能源行業。

據華爾街日報統計,在截止至2019年的兩年時間里,日本政府的氫能相關研發投入預算翻了一倍多,達到3億美元,這還不算私營企業投入的數百萬美元。

去年12月,日本公布了一份有關氫能源的初步路線圖,要求到2050年,氫氣和相關燃料將從現在的幾乎為零的發電量增長至提供10%的電力,並將相當一部分氫能發電用於航運或鋼鐵製造等其他用途。

豪賭氫能源 日本會成為全球能源業真正的「遊戲改變者」嗎?

目前,日本政府正在擬定一份最終能源計劃,其中可能包含官方的氫氣開發目標和成本估算。

此外,預計日本政府還將提供氫能補貼,阻止開發碳排放高的技術,最終通過建造船隻、天然氣碼頭等其他基礎設施,使氫能成為日常生活的重要組成部分。

從私營企業的動作來看,華爾街日報也列舉了日本企業在氫能上的諸多努力。

日本最大的電力公司JERA正計劃通過將氫化合物氨氣摻入其燃煤發電廠來減少碳排放,並於今年5月與全球最大的氨氣製造商簽署了一份諒解備忘錄,以完善供應鏈。

在橫濱,重工業製造商IHI公司正在改造燃氣輪機,以燃燒生產氫氣的氨氣混合物。

值得一提的是,JERA和IHI開啟了一項由政府資助的能源試驗,在JERA最大的燃煤電廠燃燒20%的氨氣混合物。如果進展順利,JERA希望到2030年在所有的煤廠推廣這項技術,然後逐步提高氨的使用比例,減少碳排放。

為完成這項實驗,需要大量增加氨的供應。JERA的初步測試要求每年約50萬噸氨,約為日本目前消費量的一半。根據日本經濟產業省的一個咨詢小組預測,到2050年,日本每年可能消耗3000萬噸氨氣和2000萬噸氫氣,而目前全球氨氣交易量僅為2000萬噸。

至於如何供應氨水,這項任務落在了日本傳統化學品廠商三菱和三井頭上。目前,三井正在討論在沙烏地阿拉伯新建一座大型氨廠的可能性,該集團認為這是最便宜的獲取氨的方式。三菱正在與北美、中東和亞洲的潛在供應商進行談判,還與日本航運公司就建造更大的氨氣運輸船進行談判。

除了發電領域,在航運領域,日本宇森船務株式會社等航運公司正在設計使用或運輸氫能的船隻。目前,世界上第一艘液化氫運輸船坐落在日本西南部的神戶港,這艘380英尺長的船正准備向5600英里外的澳大利亞試航。

在技術方面,川崎重工正在開發處理液化氫所需的技術,包括雙層不銹鋼製成的罐和管道,該設備層與層之間採用真空保溫。此外,該公司還在遠海建造了一個球形的儲氫罐,它可能成為日本第一個液化氫裝載終端。

與此同時,眾多企業也在進行投資,希望能加速純氫的使用。包括豐田汽車在內的日本汽車、卡車和重型設備製造商正在推動生產更多的氫動力汽車。到目前為止,高昂的價格和缺乏氫站限制了人們的使用動力。

困難依然重重

雖然氫能可以代替煤、天然氣和石油等化石燃料,但利用氫能目前依然困難重重。

在氫能源使用方面,第一個問題就是成本問題。如果成本過高,這種能源就缺乏廣泛使用的能力。首先,制氫所需要的原料必須是經過加工的純水或者其它化石燃料,這一過程需要不小的成本;另一方面,制氫的時候還需要用到貴金屬催化劑——鉑,這種金屬非常稀少,價格昂貴,大大增加了制氫的成本。值得注意的是,利用現有技術,生產純氫所消耗的能源比直接使用化石燃料要大得多,並且也會排放溫室氣體。

氫能源使用的第二個問題是氫燃料電池的問題。首先,氫燃料電池的功率較低,不太適用於汽車;另一方面,氫燃料電池的壽命又短,所採用的質子交換膜技術只能維持電池幾千小時的使用;最後,氫燃料電池的排解物是水,如何處理處理這些水也是一個問題。

而氫能源的第三個問題——安全問題也是人們不得不考慮的重要問題。氫氣是一種並不穩定的能源,極易發生爆炸和其他反應。而目前,在安全性這一方面還沒有做得很好。

最後,氫能源還面臨的第四個問題就是沒有配套設施和更好的運輸及儲存方法。因此,氫能源汽車想要普及,也必然是要慢慢地將加氫站、儲存站和管道建造起來,這樣才能吸引用戶,形成市場。

在一眾困難下,日本選擇另闢蹊徑,大膽使用氮和氫的化合物——氨來制備氫氣。雖然這樣做生產成本更高,但氨水的運輸、儲存和貿易都更容易,並且已經在肥料等領域大規模生產。

但華爾街日報援引批評人士表示,日本此舉簡直是徒勞,畢竟用氨水制氫發電的成本是天然氣的8倍,煤炭的9倍。綠色和平組織也對日本發出了抨擊,認為日本正在做「昂貴的綠色洗禮」,因為這種做法仍會有二氧化碳排放,且成本不低。

並且,據國際能源參考,今年最新的數據顯示,日本生產每立方米氫氣的成本約為1.64美元,遠高於其制定的2030年降本目標。根據日本經濟產業省測算的數據,要實現氫能的大規模商業化應用,到2030年,日本的氫氣生產成本需降至0.29美元/立方米左右。

值得注意的是,在氨氣發電方面,日本經濟產業省的數據顯示,2018年,日本氨發電成本約為23.5日元/千瓦時,如果與煤炭混合發電,預計發電成本約為12.9日元/千瓦時。與此同時,有分析稱,如果日本將該國39吉瓦的煤電廠均混入20%氨氣,全球的氨氣供應可能都難以滿足日本需求。

此外,採用氫能路徑的另一個突出問題是必須重建電網,這是一個費錢費力費時間的過程,畢竟日本現有的電網只能滿足氫能發電的一半需求。

在重重困難之下,日本能否通過氨制氫戰略掌握氫能產業鏈話語權,並成為「遊戲改變著」,只能等時間來證明。

來源:cnBeta