少年化学系列8—绿氨和蓝氨

一切皆因“脱碳时代”的进入!

二氧化碳温室效应的加剧，让世界各国认识到“消除”二氧化碳已是迫在眉睫，于是纷纷做出了各种承诺。既然是承诺就要付诸行动，臭臭的氨气就这样粉墨登场了，居然有点时代引领者的小骄傲。

图1氨的各种用途。图片来源于2018Science。

氨气能如此高度亮相则是缘由于发电行业，此行业所产生的温室气体居然占据了全球温室气体排放量的三分之一，实在是给人类拖后腿了!变，一定要变，落后于时代就要挨打。于是人们想到了在燃烧时不产生二氧化碳的氨气和氢气，用它们作为燃料也许可以更好地实现零碳排放(carbon zero)，实现碳中和(carbon neutrality)的目标了。

国家	法国	英国	德国	日本*
废除燃煤发电的年份	2022	2024	2038	2030

*日本计划到 2030 年废除低效燃煤发电。废除排放大量二氧化碳的燃煤发电在欧洲盛行。

愿望是美好的，可残酷的现实总会让想成功的人们在迈出第一步就要付出相当的辛劳。这个残酷的现实就是在哪里能获得可供天天燃烧发电的氨气和氢气呢？只能先退一步了。氢气像天然气一样可在瞬间燃烧，氨气则与煤更相似，需要花时间慢慢燃烧。所以人们在能够获得足量的氢气与氨气之前，想到了一个折衷的办法，那就是在燃煤电厂将氨与煤混合使用，在液化天然气发电厂将氢气和天然气混合使用。

发电燃料	CO2排放减少	发电成本(日元/kWh)
煤炭	—	10.4
煤与20%的氨混合	10%	12.9
100%的氨	50%	23.5
天然气与10%氢气混合	—	20.9
100%的氢	—	97.3

从上表中估算的成本价格来看，在氢气发电全面实用化之前，氨气目前被视为发电厂的一张王牌。如此说来氨气能不得意吗!

尽管前景颇好，但氨气发电仍然面临着许多的问题。首当其冲的就是需要大量氨气的制造，这需要国际良好沟通合作，方能成就这一新兴领域。

图2 工业合成氨及其制备反应。图片来源于2018 Science 和网络百科。

其次是氨在其制造过程中也会排放二氧化碳。众所周知，目前工业合成氨沿用的是有着百年历史的“哈伯法”（Haber-Böschprocess），即用天然气等化石燃料制造氢气并与氮气在高压催化剂的作用下反应合成氨，虽然此方法不仅开拓了工业上第一个加压催化过程，也引发了氮肥生产的变革，促进了现代农业飞跃地发展，全球粮食产品史无前例的增长，但此方法却并不绿色。不过如果将这个过程中产生的二氧化碳经过碳捕获和储存 (CCS)就可以得到让人类无后顾之忧的“蓝色氨”；但为了使氨成为完全脱碳的燃料，其中的氢气如果通过使用可再生能源(风能或太阳能等)用电分解水制成，那所合成的就是名副其实的“绿色氨”。

图3 绿氨和蓝氨的使用示意图。图片来源日经中文网。

氨气在纯氧中燃烧生成氮气和水。真没有想到这个名不见经传的反应却在脱碳时代大放异彩，所谓天生我材必有用。另外氨气加一点压力就可以在−10℃时液化，不仅便于储存和运输，还很安全，这一点就大大优于氢。

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