“2021國(guó)際大灣區(qū)充換電論壇”于2021年11月20日在中國(guó)進(jìn)出口商品交易會(huì)展館B區(qū)11.2館論壇區(qū)舉辦，活動(dòng)邀請(qǐng)了澳大利亞工程院院士程一兵先生出席活動(dòng)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)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(shí)錄：
大家好！我是廣東佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室和武漢理工大學(xué)兩個(gè)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?cè)趶V東佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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(wú)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(dòng)力，主要是減少排放，從目前排放的比例來(lái)看，二氧化碳排放里面占比最大的一個(gè)是發(fā)電和供熱，一個(gè)是運(yùn)輸，這兩個(gè)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(guò)光伏、清潔能源來(lái)提供熱源，但是在400度以上的高溫?zé)嵩?，我們是必須要依靠燃料?lái)提供的，這里面就涉及碳的問(wèn)題，國(guó)際的研發(fā)趨勢(shì)是采用氫能和氨能來(lái)作為高溫的燃料技術(shù)，因?yàn)闅淠苋紵院螽a(chǎn)物是水，氨能產(chǎn)少的產(chǎn)物是氮?dú)夂退?
氫能大家比較熟悉，因?yàn)闅淠茏鳛橐粋€(gè)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(wú)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(guò)多的介紹。
我主要講講氨能，為什么講氨能，因?yàn)闅淠茉趦?chǔ)運(yùn)方面是有一定困難的，為什么？因?yàn)闅淠鼙容^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(gè)密閉容器里面不是很容易，所以它的儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)有一定的問(wèn)題。
國(guó)際上提出氨能的想法，綠氨是實(shí)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(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之一，全世界年產(chǎn)1.8億噸，市場(chǎng)價(jià)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(gè)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(chǔ)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(lái)考慮，主要是從兩方面來(lái)考慮，第一個(gè)是可以做出氫的介質(zhì)，第二個(gè)它是一個(gè)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(gè)大氣壓，或者溫度降到零下33度，它就變成液態(tài)氨，氨的儲(chǔ)運(yùn)已經(jīng)完全市場(chǎng)化了，因此它在這個(gè)問(wèn)題上沒(méi)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(kāi)始就做了一個(gè)國(guó)家重大研發(fā)計(jì)劃，叫SIP重大研發(fā)計(jì)劃，其中有一個(gè)計(jì)劃是能源載體，這個(gè)計(jì)劃是2.5億人民幣，做五年，2014年到2018年。這個(gè)計(jì)劃主要是研究三類的儲(chǔ)氫載體，一個(gè)是液氫，把氫液化，第二個(gè)是氫的有機(jī)化合物，第三個(gè)載體是氨能，它評(píng)價(jià)這三個(gè)氫能的載體的制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)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(gè)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(gè)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(guó)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(shí)他們?cè)诎钡臏u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，用氨來(lái)作為車(chē)載和傳的動(dòng)力方面，也做了大量的工作，這都是他們的一些成果，同時(shí)還把氨能來(lái)作為工業(yè)窯爐的燃燒，中國(guó)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(lái)做這樣一些燃燒。
這是日本的一個(gè)短片，可以看看他們?cè)谶@里面研究了氨怎么樣點(diǎn)火，怎么樣燃燒，從這個(gè)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(shí)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(cuò)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(lái)看，日本在燃燒氨作為高溫燃料方面，確實(shí)是做了相當(dāng)一部分工作的?；谌毡局卮笱邪l(fā)計(jì)劃，日本政府在氫能的戰(zhàn)略上做了一個(gè)重大的調(diào)整。今年4月，日本的經(jīng)產(chǎn)?。ń?jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省）提出氨能更適合作為燃料來(lái)實(shí)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(guó)是2060年達(dá)到碳中和，對(duì)這點(diǎn)日本制定了一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，到2030年達(dá)到一個(gè)什么目標(biāo)，2050年達(dá)到一個(gè)什么目標(biāo)，這都是幾百億、上千億的市場(chǎng)，光日本就是這樣的。如果全世界能做這樣的應(yīng)用，這個(gè)市場(chǎng)將是巨大的。
韓國(guó)在上個(gè)星期（11月16日）工商能源部發(fā)布了氨-氫發(fā)電新計(jì)劃，韓國(guó)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(guó)發(fā)電量達(dá)到3.6%，全韓國(guó)43個(gè)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(lái)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(shuō)氫能和氨能的燃燒發(fā)電在2050年要達(dá)到34%，這個(gè)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(guò)電解水來(lái)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(shuō)把氫氣和氮?dú)馔ㄟ^(guò)高溫高壓，400度的高溫，40個(gè)兆帕高溫高壓來(lái)合成，合成氨是高能耗的產(chǎn)品，同時(shí)由于合成氨的氫是從石化產(chǎn)品里面來(lái)的，從煤和天然氣里面來(lái)的，因此在這里面如果用傳統(tǒng)的方法來(lái)制備氨，氨就不是一個(gè)綠氨，氨實(shí)際上是一個(gè)灰氨，因?yàn)樵谥茪溥^(guò)程中它的排放是相當(dāng)大的。
目前在國(guó)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(jì)劃里面前五年著重發(fā)展氨，因?yàn)槿毡靖闹藓炗喠藚f(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(gè)思路，一個(gè)思路就是用電解水制的氫來(lái)制備氨，這個(gè)氨就是綠氨，當(dāng)然成本就好很快高了。第二個(gè)思路是藍(lán)氨，就是用天然氣制氫，用碳捕獲來(lái)制備氨，這個(gè)氨是屬于藍(lán)氨，這個(gè)氨是目前最可行，而且馬上就可以做的一件事情，這個(gè)對(duì)澳洲是比較合適的，因?yàn)樗牡赜虮容^大，做碳捕獲很深脈有這個(gè)資源來(lái)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(gè)地方的光伏能源非常發(fā)達(dá)，天然氣非常發(fā)達(dá)，這個(gè)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(guó)。這是它用氨來(lái)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(lái)推動(dòng)氫能汽車(chē)，因?yàn)榘钡姆纸夥浅Ｈ菀?，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(gè)簡(jiǎn)單的小結(jié)，大家都知道氫能是最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊粋€(gè)清潔能源，是可持續(xù)社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力和未來(lái)，目前正在引領(lǐng)一場(chǎng)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(wú)碳燃料，因?yàn)榛剂喜还馐且粋€(gè)排碳的問(wèn)題，而且還有一個(gè)資源枯竭的問(wèn)題，因此我們從現(xiàn)在就要開(kāi)發(fā)一些可以作為零碳燃料的高溫燃料，這兩個(gè)部分，我們仙湖實(shí)驗(yàn)室兩條主線，一個(gè)是氫能的發(fā)展，從制備到應(yīng)用，一個(gè)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(chǔ)氫的一個(gè)介質(zhì)，同時(shí)也可以是相對(duì)廉價(jià)的可再生的零碳燃料。
謝謝大家！