发展再生能源在近年成为主流，如何降低对化石燃料的依赖，减少碳排量，已经成为共识。日本除了积极开发氢能等再生能源，也将目光转往较少被讨论的氨气身上。到底氨气发电有什么特点？未来台湾也有机会发展这项技术吗？
图为日本经济产业省今年在美国参加国际绿能展示会时，制作的「零碳排火力发电厂」介绍影片片段。（图片来源：撷取自metichannel Youtube）
氨气发电是什么？
「氨气发电」是利用燃烧氨气产生的热能和动能推动涡轮机，进而产生电力的发电方式。
氨气发电的原理和传统上燃煤、天然气等化石燃料一样，差别只在于原料不同。因为氨气的化学组成不含碳，所以燃烧氨气不会产生一氧化碳或二氧化碳等含碳废弃物。光是这点，氨气发电就能彻底解决燃煤和天然气发电厂为人诟病的碳排问题。
氨气发电不会产生碳排量。既然这么厉害，为什么我们过去很少听到呢？
事实上，氨气发电还是一项未臻成熟的技术。目前还没有办法做到100%纯燃烧氨气（日文称「专烧」），只能做到氨气混合煤炭或天然气的「混烧」。而且燃烧氨气的过程虽然不会产生二氧化碳，但会产生对人体或环境有害的氮氧化物（NOx），须妥善处理。
重要到日本作为一种战略资源，氨气优点在哪？
和台湾一样仰赖能源进口的日本，为什么会开始研发氨气发电？
在2020年制定的「新国际资源战略」中，日本首次将氨气视为有效对抗全球暖化、实现零碳排的燃料。隔年发表的「第6次能源基本计划」，更将氨气发电列入能源组合。然而，日本并非单纯将氨气定位成发电用燃料，而是视为补足氢能缺点的战略资源。
除了氨气发电不会产生碳排外，日本看上氨气还有几个理由：氨气的稳定性比氢气好，不用担心在运输过程发生爆炸等意外。而且目前氨气在制备、储存、运输方面已有完整技术，初期不需要耗费大量资金发展供应链。更值得一提的是，根据试算结果，氨气发电的价格比氢气发电更便宜[1]。
此外，氨气透过化学反应能产生氢气。所以发展氨气供应链，也是拓展氢能来源，运至日本的氨气可以进一步转为氢气，用于发电或作为燃料电池储备。
图为日本中部电力公司的碧南火力发电厂，也是目前规划最早用来进行大规模氨气「混烧」实验的火力发电厂。（图片来源：Wikipedia - CC BY-SA 3.0）
氨气发电迈向商转的挑战
话虽如此，氨气发电迈向商业运转还有很长一段路要走。氨气发电在技术面有很大的突破，要归功于日本内阁府在2014至2018年推动的「战略创新创造计画」（SIP），加速了相关研究的进行。
2014年，日本的研究团队成功利用30%氨气混合70%煤油发电，创下全球首例。 2018年，日本再度以80%甲烷混20%氨气发电成功。这些实验室案例，让日本对商用氨气发电信心大增。
未来若能将既有的燃煤或天然气发电厂，改为混合氨气的「混烧」发电厂，再慢慢提升燃料中的氨气比例，就能逐步汰换化石燃料。
不过，氨气发电还是有诸多问题，这和氨气本身的性质有关。传统工业制氨的方式，是利用哈柏法结合氢气和氮气产生氨，但关键的原料——氢气，目前制备的方式还是以化石燃料为主[2]。
如果要让制氨过程达到「零碳排」，势必得加速相关技术的研发，让其他「零碳排」的制氢方法可以达到商业规模，或是利用碳捕捉与封存技术（CCS）储存或回收再利用温室气体，才能降低二氧化碳对环境的影响。
至于前面提到，氨气发电会产生氮氧化物（NOx）的致命缺点，目前相关实验已经证实，使用既有的技术[3]，可以将氨气发电排放的氮氧化物浓度控制在10ppm以下，尚符合环保基准。而且实验也证实，混烧20%氨气所排放出来的氮氧化物，几乎和单纯燃煤的氮氧化物排放量相同。
对日本而言，氨气的另一个优点是可以在国内生产、确保能源自主。 2019年的日本氨气消耗量为108万公吨，其中有8成都在日本生产。不过，日本目前的氨气主要用在氮肥。如果想引进氨气发电，势必就要增加氨气产量，不然就会排挤到肥料市场。所以，氨气的供应问题会是氨气发电进展到商用阶段时，必须面对的一项课题。
日本很明确的在影片开头提到，发展这项技术的目的之一，是希望未来能输出这项技术，协助其他仰赖能源输入的东南亚国家。（图片来源：撷取自NEDO Channel Youtube）
能源危机下，不可忽视的氨气发电
为了加速氨气发电的产学研究及商用发展，日本经济产业省在2020年10月成立「引进燃料氨官民协议会」，直接让发电业者、制造商面对面，讨论氨气发电的应用及发展，一口气解决研发和供应链的问题。
日本最大的火力发电业者JERA（捷热能源），在2020年发表的净零排放路线图中，已规划2030年前火力发电厂开始混烧氨气，2040年达成100%氨气发电。日前JERA宣布，2023年将在碧南燃煤火力发电厂混烧80%煤炭与20%氨气。这场实验若能成功，将是氨气发电的重大里程碑。
除此之外，日本经济产业省也计画用氨气，作为2025大阪万国博览会的电力来源，展示100%氨气发电的研究成果。
长期倚赖化石燃料进口的日本，顷全力朝向氨能发电，看上的不仅仅是低碳这个特性，更看上能源的自主与稳定供应。如果日本能在氨气发电取得领导地位，未来还能对外输出相关技术。毕竟俄乌战争的经验已为世人敲响警钟，能源自主在如今，越显重要。
注释
[1] 根据日本经济产业省的试算结果，100%纯粹燃烧氢气的电费，每度电为97.3日圆，100%燃烧氨气的电费，每度电只需要23.5日圆。
[2] 目前工业制备氢气的方法有二：「甲烷＋高温水蒸气→氢气＋一氧化碳」以及「一氧化碳＋高温水蒸气→氢气＋二氧化碳」，两者最终产物都会排放含碳废弃物。
[3] 目前化石燃料的火力发电厂，就是使用氨作为触媒，将发电过程产生的氮氧化物（NOx）还原成氮气和水。
参考资料
- 日本经济产业省资源能源厅（2021年1月15日），アンモニアが“燃料”になる？！（前編）～身近だけど実は知らないアンモニアの利用先
- 日本国立科学技术振兴机构，アンモニアを燃やして発電
- 日本经济产业省资源能源厅，第4節 燃料アンモニアの導入拡大に向けた取組
- EverGreen（2022年3月1日），アンモニア発電とは？メリット・デメリットや課題について解説
- 日本经济产业省资源能源厅（2021年1月29日），アンモニアが“燃料”になる？！（後編）～カーボンフリーのアンモニア火力発電
- EMIRA（2021年6月2日），アンモニア発電とはどんな技術？ ポスト炭素燃料開発のいま
- EMIRA（2021年6月18日），既存燃料との併用から100%アンモニアへ！ IHIが見据える次世代火力発電ビジ
※本文转载自《低碳生活部落格》，内容由台达电子文教基金会及台湾环境资讯协会共同企划。原文连结在此。
