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氢和氨:创造新的绿色海洋能源市场

12月11日, 2020
By The Explorer

Jeremy Bishop/Unsplash

如果航运业要达成国际海事组织(IMO)的减排目标,就必须有更多的船舶改用氢、氨作为燃料。挪威的商业集群正着手为这些新的绿色海洋能源建设必要的基础设施并完善整个价值链。

“对于绿色航运,我们讨论的重点围绕如何通过绿色环保的方式生产氢和氨。但是如果没有市场,这些讨论就徒劳无功。我们不可能为尚不存在的客户生产产品。这就是为什么我们正在努力打造零排放燃料全价值链。”Stein Kvalsund说道。

Kvalsund是挪威一家专注于海洋氢产业的商业集群——Ocean Hyway Cluster的首席执行官。他所描述的,正是海洋产业所面临的一个难题。一方面,该产业必须向绿色燃料过渡。然而,在绿色燃料商业化之前就投资氢、氨动力船舶,并且在大多数港口建设燃料存储和补给设施的难度极大。

另一方面,如果需求不足,就无法形成氢、氨价值链,也无法投资建设相应的基础设施。如果价值链和基础设施都不存在,需求增长就会受到阻碍。

“事实上,尽管还有很长的路要走,但技术并不是最大的挑战。”

Hege Økland, NCE Maritime CleanTech

“我们将设法建造以绿色燃料为动力的船只。这些挑战本质上是商业性的,涉及结构和系统的调整。”挪威一家专注于绿色航运的商业集群——NCE Maritime CleanTech的首席执行官Hege Økland表示。

Ocean Hyway Cluster的项目经理Kristin Svardal对Økland的观点表示赞同。

“我们已经充分掌握建造相应船舶的技术。例如,如果造船厂Brødrene AA收到一艘氢动力船的订单,那么该船将在36个月后建成。但我们目前还不具备能力充分利用这一潜能。”她说。

这就是为什么以上两个集群都在雄心勃勃地推进相关计划,加速引进绿色能源船舶。

氢和氨-绿色海洋能源101

氢和氨都是零排放燃料。它们的生产方式决定了它们的碳足迹总量。这两种燃料具有相关性,因为氨由氢化合而成,但它们又各有一些独特的属性和应用领域。

“必须通过计算,才能知道哪种燃料最适合既定的操作和船舶配置。例如,氨的能量密度较高,所以在航行距离较长的大型船舶上,可以提供比氢更多的能量。但是,在优先考虑重量的情况下,例如高速船舶,氢可能是最合适的燃料。”Økland解释道。她强调,这只是在选择燃料时需要考虑的众多因素中的几项而已。

对于氨来说,另外一个重要的点是,氨已经有了成熟的规模化生产和运输价值链,因为氨是生产化肥的重要原料之一。

与此同时,海洋产业的电气化正在全速推进。然而,在可预见的将来,在长距离航行中使用电池动力大型船舶仍然不太可能。这就是为什么Stein Kvalsund认为,未来会出现各种环保技术互补共存的现象。

“在零排放的前提下,我们探讨的是海洋产业的电池、氢和氨等各种动力来源。”

Stein Kvalsund, Ocean Hyway Cluster

Brødrene AA设计的Aero 40氢动力高速渡轮

全球首个船用氨电池

为了紧跟海上脱碳的步伐,NCE Maritime CleanTech正在参与和协调ShipFC项目,这是一个由欧盟燃料电池暨氢联合计划(Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking ,FCH JU)资助的项目。该项目正在测试世界上首艘使用纯氨作为燃料电池供电的大型船舶。

“海上供给船Viking Energy将对氨电池进行改造。该船将服务于挪威国家石油公司Equinor,我们希望借此验证高能耗大型船舶也可以实现零排放。这样,我们就可以为航行距离更远的大型船舶使用氨动力铺平道路。”Hege Økland说。

氨电池系统的容量为2MW,可确保船舶每年航行3000多小时,而不会产生1克二氧化碳的排放。该项目联合体由挪威国家石油公司EquinorEidesvik OffshorePrototech 、Wärtsilä及10家欧洲航运公司、科研机构和行业参与者共同组成。

NCE Maritime CleanTech还同时参与了绿色液氢价值链项目(Value Chain for Green Liquid Hydrogen project),该项目由挪威的PILOT-E 计划提供资助。该项目的目标是在挪威建立一个完整的海运用液氢供应链,由挪威电网公司和能源解决方案提供商BKK负责领导,主要合作伙伴有Equinor和法国液化空气集团

Økland说:“液态氢是一种技术上极具挑战性的能源载体。例如,它的储存温度必须达到-266°C。这对运输、储存、加注都构成挑战。但我们在液化天然气方面的丰富技术和经验,都可用于制定解决方案。”

绿色燃料将在挪威沿岸减少120万公吨二氧化碳排放

Ocean Hyway Cluster正在运行自己的项目——海洋工业氢基础设施(Hydrogen Infrastructure in the Maritime Industry ,HyInfra),其重点是使用压缩氢、液氢和氨。

Kvalsund说:“我们已经获得了挪威可能需要多少公吨氢气的数字,并已进入到制定时间表的阶段,以找出氢动力船舶的适用地,这其中不包括电池动力渡轮可以覆盖的航线。截至目前为止,根据我们的分析,到2035年,氢的总需求量将达39000公吨。”

Ocean Hyway及其项目合作伙伴绘制了挪威沿海渡轮和快艇航线、运输路线和海上交通图,虽然这些航线无法采用电池驱动船舶,但却适用氢动力船。他们为海事部门及相关参与方提供了一份详细的路线图,以说明氢、氨基础设施的建设地点以及建设方法。

“深紫”项目正在开发一种利用海底储氢来稳定海上风力发电的解决方案。

使用氢和氨可以显著减少二氧化碳的排放。

HyInfra 项目的项目经理Kristin Svardal说:“根据测算,通过在挪威沿海使用氢、氨动力船舶取代以燃油和天然气为燃料的船只,可减少117万公吨二氧化碳排放。”

Kvalsund和Svardal双双认为,挪威具有独特的条件,可以围绕氢、氨建立一个可持续发展且效益可观的产业。

“挪威在成为绿色海洋能源领导者方面具有巨大潜力。我们可以用清洁能源生产氢气和氨气,我们拥有领先的海洋环境,拥有来自石油和天然气行业的大量专业技术。”

Kristin Svardal, Ocean Hyway Cluster

“当谈及绿色能源采用比例时,目前仍存在重大挑战。无论是开发船舶部件和燃料本身,在它们成为标准化产品前,我们还有很长的路要走。”她指出,并总结道

“如我们所说,我们正朝着实现零排放社会努力,但技术开发成本高昂。因此,我们需要积极的政策和战略,例如财政支持和运用公共采购力量。我们需要更强大的工具来创造和扩大氢、氨市场,使它们能够为航运业带来利润。”