隆眾資訊2月24日報道：日本經濟產業(yè)省通過日本國立研究開發(fā)法人新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO），于2020年啟動了綠色創(chuàng)新基金項目，設立了總額為2萬億日元（約1101億元）的基金，將連續(xù)10年支持致力于脫碳的企業(yè)等進行研發(fā)實證以及社會實施。這一舉措大大推動了日本環(huán)保技術的研發(fā)。近期，NEDO宣布綠色創(chuàng)新基金將向9個相關項目提供約2500億日元（約138億元）的補貼。受補貼項目包括“燃料氨供應鏈的構建”和“煉鋼工藝中的氫氣利用”項目。本文將介紹技術開發(fā)的具體推進計劃。

一、對于快速成長的燃料氨市場 NEDO采取的舉措

首先，“燃料氨供應鏈的構建”項目大致分為兩個主題來實施：①降低氨供應成本；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，預計投資總額達598億日元（約33億元），目標建立新技術以降低新一代清潔燃料氨的供給成本并擴大其應用。

氨具有“燃燒時不排放二氧化碳”的優(yōu)點，因此通過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。氨有望廣泛應用于發(fā)電、工業(yè)和運輸部門。

日本千代田化工建設和東京電力、JERA共同致力于開發(fā)能夠降低制造成本的新型制氨催化劑。到2030年，NEDO將補助最多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，可以在比現有方法更低的溫度和壓力下生產氨，從而降低成本。以三個開發(fā)小組展開新型催化劑的開發(fā)競爭為中心，構建低溫低壓氨合成工藝，同時面向商用化，進行小型試驗和中試試驗以進行技術實證，由此盡快實現社會實施。

關于氨發(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，開發(fā)提高氨混燒比例的技術（目前混燒率僅為20%左右）。該項目于2021年啟動，目標是到2028年通過現有實機確立50%以上的混燒技術。NEDO將從總額為2萬億日元（約1101億元）的脫碳基金中劃撥高達279億日元（約15億元）的補貼。JERA計劃反復進行實證試驗，于2040年代實現氨專燒的火力發(fā)電廠的實用化。

此外，NEDO還將在2028年對出光興產、東京大學、九州大學等4所大學提供高達23億日元（約1.3億元）的支持。為降低制氨過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，但是在開始全面應用時，氨供應體制方面仍存在課題。世界上生產的氨80%用于肥料，且其中大部分在制造國自產自銷。如果氨被用作燃料，預計將供不應求。如果氨出現短缺，可能會導致價格上漲，因此迫切需要建立可大規(guī)模供應氨的供應鏈。

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發(fā)項目“煉鋼工藝中的氫利用項目”撥款總計1935億日元（約107億元）。

該項目致力于①利用高爐的氫還原技術的開發(fā)（高爐法）、②僅用氫還原低品位鐵礦石的直接氫還原技術的開發(fā)（直接還原法）。此外，還計劃進行“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生成甲烷，然后將甲烷注入高爐內用作還原劑。

根據日本環(huán)境省的報告，按部門劃分，2019年度日本國內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制造鋼鐵的“高爐法”無法避免二氧化碳的產生。

關于①利用高爐的氫還原技術的開發(fā)，各鋼鐵公司計劃在2030年之前將以下技術投入實用：用氫氣代替煤制焦炭，進行鐵礦石脫氧，以減少10%以上的二氧化碳排放量；通過二氧化碳分離回收技術減少20%以上的二氧化碳排放量，總計削減30%以上的二氧化碳排放。

目標通過使用高爐以氫氣還原鐵礦石的技術，以及將產生的二氧化碳用于產生甲烷和還原劑等，實現高爐脫碳。計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），推進氫利用技術的實證。直接還原法使用天然氣直接還原鐵礦石固體，然后將其轉移到電爐中進行熔化。通過將還原氣體全部置換為氫，可以在不使用CCU等周邊技術的情況下實現脫碳。

然而，高爐法和直接還原法都存在很高的技術門檻。首先，高爐法的能源效率高，且可以去除雜質，因此適用于日本的強項——高品位鋼的制造，但是在制造過程中很難完全不使用焦炭，因此無法實現二氧化碳零排放。

直接還原法如果使用100%氫還原，則可能實現二氧化碳零排放，但是無法像高爐法那樣在同一個爐內進行鐵礦石的還原和熔化，因此能源效率較低。此外，氫還原反應屬于吸熱反應，會使高爐冷卻，因此必須持續(xù)補充還原所需的熱量。

三、以社會實施為目標的未來技術開發(fā)需要什么？

為了進行社會實施，必須在確立技術的同時，配備支持該技術的社會基礎設施。為了有效利用氨和氫，有必要構建穩(wěn)定供應的供應鏈，并推動回收二氧化碳并進行再利用的CCUS技術。此外，還需要建立由供應鏈全體來承擔成本的機制。

根據矢野經濟研究所2021年12月發(fā)布的報告，為實現脫碳社會，全日本能源設備及系統(tǒng)市場預計到2030年將擴大至23430億日元（約1290億元），到2050年將擴大至39850億日元（約2194億元）；其中，氫能領域的能源設備及系統(tǒng)市場預計到2050年將擴大至1.74萬億日元（約958億元）；此外，作為氫和氨的脫碳通用基礎技術的CCUS、碳循環(huán)領域的能源設備及系統(tǒng)市場預計到2050年將擴大到4800億日元（約264億元）。

為了在2050年之前實現溫室氣體凈零排放的目標，需要大力加快能源和工業(yè)部門的結構轉換，并通過大膽投資進行創(chuàng)新。為了推進創(chuàng)新型能源設備和系統(tǒng)的技術開發(fā)和社會實施，需要官民合作解決課題以推進項目發(fā)展。