“2021國際大灣區(qū)充換電論壇”于2021年11月20日在中國進(jìn)出口商品交易會展館B區(qū)11.2館論壇區(qū)舉辦，活動邀請了澳大利亞工程院院士程一兵先生出席活動并發(fā)表演講。
演講嘉賓：程一兵
程一兵，1953年生于武漢市，澳大利亞工程院院士，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室國家特聘教授，澳大利亞Monash大學(xué)材料科學(xué)與工程系終身榮譽(yù)教授（Emeritus Professor）。
以下是程一兵院士演講實錄：
大家好！我是廣東佛山仙湖實驗室和武漢理工大學(xué)兩個單位工作的程一兵，我今天講的題目跟今天的換電不是直接關(guān)系，但是也是屬于新能源，主要講的是我們在廣東佛山仙湖實驗室開展的一些工作。我講的題要大概是這樣的，主要是介紹一下氫能和氨能作為無碳燃料應(yīng)用方面目前的一些進(jìn)展，大家知道雙碳達(dá)標(biāo)是我們目前新能源發(fā)展的最大驅(qū)動力，主要是減少排放，從目前排放的比例來看，二氧化碳排放里面占比最大的一個是發(fā)電和供熱，一個是運(yùn)輸，這兩個是占比最大的，當(dāng)然還有制造業(yè)。
在供熱這塊，我們看一看，工業(yè)上需要的熱源占有量是非常大的，主要是在發(fā)電這塊，如果是低溫的熱源，400度以下的，我們可以通過光伏、清潔能源來提供熱源，但是在400度以上的高溫?zé)嵩矗覀兪潜仨氁揽咳剂蟻硖峁┑模@里面就涉及碳的問題，國際的研發(fā)趨勢是采用氫能和氨能來作為高溫的燃料技術(shù)，因為氫能燃燒以后產(chǎn)物是水，氨能產(chǎn)少的產(chǎn)物是氮氣和水。
氫能大家比較熟悉，因為氫能作為一個清潔能源，大家有很多的信息，它是具有高熱值、高能量轉(zhuǎn)化，無毒性，完全可以可再生，是一種理想的清潔能源和零碳燃料，它可以把火箭推上去，就是靠燃燒，因此氫能，我不做過多的介紹。
我主要講講氨能，為什么講氨能，因為氫能在儲運(yùn)方面是有一定困難的，為什么？因為氫能比較活躍，容易燃燒和起爆，氫能是元素周期表里面最小的原子，要把它裝在一個密閉容器里面不是很容易，所以它的儲運(yùn)比較困難，而且比較困難做成液體的氫，要零下235度才能變成液態(tài)氫，所以它的儲運(yùn)有一定的問題。
國際上提出氨能的想法，綠氨是實現(xiàn)“雙碳”達(dá)標(biāo)的變革性技術(shù)，氨是世界上產(chǎn)量最大的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，全世界年產(chǎn)1.8億噸，市場價值700億美元，大量應(yīng)用于化肥、制冷劑、化工原料，氨能目前并不是一個完全不知道的新的東西，而是我們現(xiàn)在已經(jīng)有完整的運(yùn)輸、儲存和交易的規(guī)范，完全規(guī)范化了。目前把氨能作為一種新能源來考慮，主要是從兩方面來考慮，第一個是可以做出氫的介質(zhì)，第二個它是一個零碳燃料，這是目前大家的考量。
氨非常容易液化，做液化的氨只要室溫下10個大氣壓，或者溫度降到零下33度，它就變成液態(tài)氨，氨的儲運(yùn)已經(jīng)完全市場化了，因此它在這個問題上沒有很大的技術(shù)上的障礙。
下面我著重介紹一下日本在這方面做的工作，目前在氨的高溫燃燒方面，日本是走在世界最前面的，它們從2014年開始就做了一個國家重大研發(fā)計劃，叫SIP重大研發(fā)計劃，其中有一個計劃是能源載體，這個計劃是2.5億人民幣，做五年，2014年到2018年。這個計劃主要是研究三類的儲氫載體，一個是液氫，把氫液化，第二個是氫的有機(jī)化合物，第三個載體是氨能，它評價這三個氫能的載體的制造、運(yùn)輸、儲存和利用各方面的技術(shù)，所以日本在這方面做了大量的工作，這個課題2018年已經(jīng)結(jié)束了，它里面取得了相當(dāng)多的成果，而且參加這個研究的都是日本頂尖的大學(xué)和大的企業(yè)在里面做技術(shù)。
它用20%的氨和燃煤、煤粉混在一起做發(fā)電，氮氧化合物可以控制在200PPM，200PPM在中國已經(jīng)滿足了排放標(biāo)準(zhǔn)，日本也滿足了它的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時他們在氨的渦輪發(fā)動機(jī)，用氨來作為車載和傳的動力方面，也做了大量的工作，這都是他們的一些成果，同時還把氨能來作為工業(yè)窯爐的燃燒，中國相當(dāng)一部分的工業(yè)爐還在用煤，好的地方在用天然氣，現(xiàn)在日本是在考慮用氨和氫的一種混合材料，和天然氣的混合材料來做這樣一些燃燒。
這是日本的一個短片，可以看看他們在這里面研究了氨怎么樣點火，怎么樣燃燒，從這個角度上可以看到它的燃燒性，在他們研發(fā)的基礎(chǔ)之上確實做了很多工作，氨是非常難燃燒的，不太容易燃燒，這也是為什么氨能很安全，但是日本現(xiàn)在已經(jīng)把它能夠做到穩(wěn)定燃燒，而且火焰的強(qiáng)度、火焰的速度都還是不錯的。左邊是天然氣，右邊是氨，可以看到它燃燒的一些特性。
從這樣一些研究結(jié)果來看，日本在燃燒氨作為高溫燃料方面，確實是做了相當(dāng)一部分工作的。基于日本重大研發(fā)計劃，日本政府在氫能的戰(zhàn)略上做了一個重大的調(diào)整。今年4月，日本的經(jīng)產(chǎn)省（經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省）提出氨能更適合作為燃料來實際使用，而且他們將把氨能作為優(yōu)先使用，2050年日本達(dá)到碳中和，中國是2060年達(dá)到碳中和，對這點日本制定了一個長遠(yuǎn)的規(guī)劃，到2030年達(dá)到一個什么目標(biāo)，2050年達(dá)到一個什么目標(biāo)，這都是幾百億、上千億的市場，光日本就是這樣的。如果全世界能做這樣的應(yīng)用，這個市場將是巨大的。
韓國在上個星期（11月16日）工商能源部發(fā)布了氨-氫發(fā)電新計劃，韓國的工商部成立了氫-氨發(fā)電示范促進(jìn)領(lǐng)導(dǎo)小組，是在工商部的下面成立的，它列出了很清晰的一步一步的目標(biāo)，2024年要完成研發(fā)，2027年達(dá)到20%的氨和煤粉的發(fā)電，2030年氨能的發(fā)電站全國發(fā)電量達(dá)到3.6%，全韓國43個煤電廠中有50%以上的煤電廠，它規(guī)定要用氨能和煤粉的混合燃燒來發(fā)電，2050年達(dá)到氫能的零碳發(fā)電，也就是百分之百的氫能發(fā)電，達(dá)到13.8%，百分之百的氨能發(fā)電達(dá)到21.5%，也就是說氫能和氨能的燃燒發(fā)電在2050年要達(dá)到34%，這個比例是相當(dāng)高的。
制氫的路線大家很熟，我就不多介紹，氫能是可以通過電解水來制備的，氨能怎么制備呢？氨能目前的制備方法還是用傳統(tǒng)的合成氨的方法，也就是說把氫氣和氮氣通過高溫高壓，400度的高溫，40個兆帕高溫高壓來合成，合成氨是高能耗的產(chǎn)品，同時由于合成氨的氫是從石化產(chǎn)品里面來的，從煤和天然氣里面來的，因此在這里面如果用傳統(tǒng)的方法來制備氨，氨就不是一個綠氨，氨實際上是一個灰氨，因為在制氫過程中它的排放是相當(dāng)大的。
目前在國際上，特別在澳大利亞，在氨能的發(fā)展是他們的主流發(fā)展，澳大利亞的氫能計劃里面前五年著重發(fā)展氨，因為日本跟澳洲簽訂了協(xié)議，日本氨的使用主要從澳洲進(jìn)口和從中東進(jìn)口氨，澳洲制備氨是兩個思路，一個思路就是用電解水制的氫來制備氨，這個氨就是綠氨，當(dāng)然成本就好很快高了。第二個思路是藍(lán)氨，就是用天然氣制氫，用碳捕獲來制備氨，這個氨是屬于藍(lán)氨，這個氨是目前最可行，而且馬上就可以做的一件事情，這個對澳洲是比較合適的，因為它的地域比較大，做碳捕獲很深脈有這個資源來做，所以澳洲在這塊做的比較多。
澳大利亞在積極布局氨，在西澳，這個地方的光伏能源非常發(fā)達(dá)，天然氣非常發(fā)達(dá)，這個地方是目前澳洲氨能的生產(chǎn)基地，直接目標(biāo)是輸運(yùn)給日本和韓國。這是它用氨來做輸運(yùn)，一部分做化肥，一部分做燃燒，一部分裂解以后做成氫能來推動氫能汽車，因為氨的分解非常容易，現(xiàn)在是完全成熟的技術(shù)，而且分解的氫的純度非常高，高熱就可以了。
下面我做一個簡單的小結(jié)，大家都知道氫能是最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊粋€清潔能源，是可持續(xù)社會發(fā)展的動力和未來，目前正在引領(lǐng)一場新能源革命，事氫能和氨能都是最具有潛力的可以取代化石高溫燃料的無碳燃料，因為化石燃料不光是一個排碳的問題，而且還有一個資源枯竭的問題，因此我們從現(xiàn)在就要開發(fā)一些可以作為零碳燃料的高溫燃料，這兩個部分，我們仙湖實驗室兩條主線，一個是氫能的發(fā)展，從制備到應(yīng)用，一個是氨能的發(fā)展，從氨能的包括燃燒，都做一些研究。氨既可以作為儲氫的一個介質(zhì)，同時也可以是相對廉價的可再生的零碳燃料。
謝謝大家！