隆眾資訊2月24日?qǐng)?bào)道：日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省通過(guò)日本國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO），于2020年啟動(dòng)了綠色創(chuàng)新基金項(xiàng)目，設(shè)立了總額為2萬(wàn)億日元（約1101億元）的基金，將連續(xù)10年支持致力于脫碳的企業(yè)等進(jìn)行研發(fā)實(shí)證以及社會(huì)實(shí)施。這一舉措大大推動(dòng)了日本環(huán)保技術(shù)的研發(fā)。近期，NEDO宣布綠色創(chuàng)新基金將向9個(gè)相關(guān)項(xiàng)目提供約2500億日元（約138億元）的補(bǔ)貼。受補(bǔ)貼項(xiàng)目包括“燃料氨供應(yīng)鏈的構(gòu)建”和“煉鋼工藝中的氫氣利用”項(xiàng)目。本文將介紹技術(shù)開(kāi)發(fā)的具體推進(jìn)計(jì)劃。

一、對(duì)于快速成長(zhǎng)的燃料氨市場(chǎng) NEDO采取的舉措

首先，“燃料氨供應(yīng)鏈的構(gòu)建”項(xiàng)目大致分為兩個(gè)主題來(lái)實(shí)施：①降低氨供應(yīng)成本；②氨發(fā)電利用中的高混燒率與專燒化。在2020~2030年的10年間，預(yù)計(jì)投資總額達(dá)598億日元（約33億元），目標(biāo)建立新技術(shù)以降低新一代清潔燃料氨的供給成本并擴(kuò)大其應(yīng)用。

氨具有“燃燒時(shí)不排放二氧化碳”的優(yōu)點(diǎn)，因此通過(guò)將其與煤炭混合燃燒，可以減少燃煤發(fā)電的二氧化碳排放量。氨有望廣泛應(yīng)用于發(fā)電、工業(yè)和運(yùn)輸部門。

日本千代田化工建設(shè)和東京電力、JERA共同致力于開(kāi)發(fā)能夠降低制造成本的新型制氨催化劑。到2030年，NEDO將補(bǔ)助最多206億日元（約11億元）。

在目前的制氨方法中，需要400～500℃的高溫以及高壓，而使用新型催化劑，可以在比現(xiàn)有方法更低的溫度和壓力下生產(chǎn)氨，從而降低成本。以三個(gè)開(kāi)發(fā)小組展開(kāi)新型催化劑的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)為中心，構(gòu)建低溫低壓氨合成工藝，同時(shí)面向商用化，進(jìn)行小型試驗(yàn)和中試試驗(yàn)以進(jìn)行技術(shù)實(shí)證，由此盡快實(shí)現(xiàn)社會(huì)實(shí)施。

關(guān)于氨發(fā)電利用中的高混燒率和專燒化，三菱重工和IHI將分別與JERA合作，開(kāi)發(fā)提高氨混燒比例的技術(shù)（目前混燒率僅為20%左右）。該項(xiàng)目于2021年啟動(dòng)，目標(biāo)是到2028年通過(guò)現(xiàn)有實(shí)機(jī)確立50%以上的混燒技術(shù)。NEDO將從總額為2萬(wàn)億日元（約1101億元）的脫碳基金中劃撥高達(dá)279億日元（約15億元）的補(bǔ)貼。JERA計(jì)劃反復(fù)進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)，于2040年代實(shí)現(xiàn)氨專燒的火力發(fā)電廠的實(shí)用化。

此外，NEDO還將在2028年對(duì)出光興產(chǎn)、東京大學(xué)、九州大學(xué)等4所大學(xué)提供高達(dá)23億日元（約1.3億元）的支持。為降低制氨過(guò)程中的二氧化碳排放量，將確立以水和氮為原料，利用可再生能源發(fā)電的常溫常壓制氨方法。

盡管燃料氨備受期待，但是在開(kāi)始全面應(yīng)用時(shí)，氨供應(yīng)體制方面仍存在課題。世界上生產(chǎn)的氨80%用于肥料，且其中大部分在制造國(guó)自產(chǎn)自銷。如果氨被用作燃料，預(yù)計(jì)將供不應(yīng)求。如果氨出現(xiàn)短缺，可能會(huì)導(dǎo)致價(jià)格上漲，因此迫切需要建立可大規(guī)模供應(yīng)氨的供應(yīng)鏈。

二、制氫能否成為鋼鐵行業(yè)的救星？

NEDO將向日本制鐵、JFE鋼鐵、神戶制鋼所等公司的煉鋼方法開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“煉鋼工藝中的氫利用項(xiàng)目”撥款總計(jì)1935億日元（約107億元）。

該項(xiàng)目致力于①利用高爐的氫還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)（高爐法）、②僅用氫還原低品位鐵礦石的直接氫還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)（直接還原法）。此外，還計(jì)劃進(jìn)行“碳循環(huán)”，使從高爐廢氣中分離回收的二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷，然后將甲烷注入高爐內(nèi)用作還原劑。

根據(jù)日本環(huán)境省的報(bào)告，按部門劃分，2019年度日本國(guó)內(nèi)的二氧化碳排放量中，“工業(yè)部門”約占全體的35%，而鋼鐵行業(yè)占工業(yè)部門二氧化碳排放量的40%左右。此外，鋼鐵廠廣泛使用的煤炭還原鐵礦石來(lái)制造鋼鐵的“高爐法”無(wú)法避免二氧化碳的產(chǎn)生。

關(guān)于①利用高爐的氫還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)，各鋼鐵公司計(jì)劃在2030年之前將以下技術(shù)投入實(shí)用：用氫氣代替煤制焦炭，進(jìn)行鐵礦石脫氧，以減少10%以上的二氧化碳排放量；通過(guò)二氧化碳分離回收技術(shù)減少20%以上的二氧化碳排放量，總計(jì)削減30%以上的二氧化碳排放。

目標(biāo)通過(guò)使用高爐以氫氣還原鐵礦石的技術(shù)，以及將產(chǎn)生的二氧化碳用于產(chǎn)生甲烷和還原劑等，實(shí)現(xiàn)高爐脫碳。計(jì)劃將高爐的二氧化碳排放量減少50%以上。

在②中，采用直接還原法（DRI），推進(jìn)氫利用技術(shù)的實(shí)證。直接還原法使用天然氣直接還原鐵礦石固體，然后將其轉(zhuǎn)移到電爐中進(jìn)行熔化。通過(guò)將還原氣體全部置換為氫，可以在不使用CCU等周邊技術(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)脫碳。

然而，高爐法和直接還原法都存在很高的技術(shù)門檻。首先，高爐法的能源效率高，且可以去除雜質(zhì)，因此適用于日本的強(qiáng)項(xiàng)——高品位鋼的制造，但是在制造過(guò)程中很難完全不使用焦炭，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放。

直接還原法如果使用100%氫還原，則可能實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，但是無(wú)法像高爐法那樣在同一個(gè)爐內(nèi)進(jìn)行鐵礦石的還原和熔化，因此能源效率較低。此外，氫還原反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，會(huì)使高爐冷卻，因此必須持續(xù)補(bǔ)充還原所需的熱量。

三、以社會(huì)實(shí)施為目標(biāo)的未來(lái)技術(shù)開(kāi)發(fā)需要什么？

為了進(jìn)行社會(huì)實(shí)施，必須在確立技術(shù)的同時(shí)，配備支持該技術(shù)的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施。為了有效利用氨和氫，有必要構(gòu)建穩(wěn)定供應(yīng)的供應(yīng)鏈，并推動(dòng)回收二氧化碳并進(jìn)行再利用的CCUS技術(shù)。此外，還需要建立由供應(yīng)鏈全體來(lái)承擔(dān)成本的機(jī)制。

根據(jù)矢野經(jīng)濟(jì)研究所2021年12月發(fā)布的報(bào)告，為實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)，全日本能源設(shè)備及系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2030年將擴(kuò)大至23430億日元（約1290億元），到2050年將擴(kuò)大至39850億日元（約2194億元）；其中，氫能領(lǐng)域的能源設(shè)備及系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2050年將擴(kuò)大至1.74萬(wàn)億日元（約958億元）；此外，作為氫和氨的脫碳通用基礎(chǔ)技術(shù)的CCUS、碳循環(huán)領(lǐng)域的能源設(shè)備及系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2050年將擴(kuò)大到4800億日元（約264億元）。

為了在2050年之前實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放的目標(biāo)，需要大力加快能源和工業(yè)部門的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)大膽投資進(jìn)行創(chuàng)新。為了推進(jìn)創(chuàng)新型能源設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)和社會(huì)實(shí)施，需要官民合作解決課題以推進(jìn)項(xiàng)目發(fā)展。