欧洲在各国政策、地理因素与产业用电分布的多重因素下,北德到丹麦经常陷入负电价,于是兴起将多余电力拿来电解水生产“绿能氢”,这种在其他地区会认为绝对没有经济效益的利用方式,不过生产了绿能氢,得要如何利用,欧洲各领域大厂想到用来取代远洋航行燃料,不过氢本身的储存太占空间,于是想到先制成阿摩尼亚,也就是氨。
电解水的能源转换效率只有 50%~70%,用电解水来生产氢,怎么看都没有经济效益,不过若电力来自过剩到需要“弃风”的供过于求电力,那反正就拿来浪费掉吧!
石油大企业壳牌(Shell)与英国石油(BP),以及风能巨擘沃旭(Ørsted)都积极投入绿能氢。壳牌预定在鹿特丹建立绿能氢生产基地,2023 年启用,第一阶段将建立 50 百万瓦电解水厂;英国石油则投入澳洲绿能氢计划;沃旭投入哥本哈根绿能氢计划,第一阶段将建立 10 百万瓦电解水厂,第二阶段预定于 2027 年建立 250 百万瓦电解水厂。
绿能氢本身划不划算是一回事,生产出来要销往何处又是另一个问题,氢燃料电池车辆发展速度比锂电池车电动车更慢,电力直接输送给电动车更有效率,用电力去电解氢之后又拿来以氢燃料电池转换为电能,相较之下有如脱裤子放屁,于是参与绿能氢的大厂们,把主意打到电线到不了的远洋。
即使是船运领域,锂电池也已经先一步渗透入侵,如全球第二大渡轮公司美国华盛顿州渡轮(Washington State Ferries)决定抛弃柴油,改为电动渡轮,但是短程渡轮可以规划于停靠站充电,在远洋航行无论如何总得自备燃料了,不过,绿能氢想要打入这个市场,又产生一个麻烦:氢所需要的储存空间太大,将会占去太多远洋航运的船舶货运空间。
若用绿能来合成绿能柴油,虽然解决空间问题,但是合成过程中损耗的化学能更多,导致合成柴油的同单位热能成本是绿能氢的两倍,绿能氢的经济效益都已经备受怀疑,更不用说还比绿能氢再贵一倍。
折衷方案就是采用绿能氢合成绿能氨的方式。氨就是俗称的“阿摩尼亚”,这个称呼来自英文 Ammonia 的日语转译。目前氨的工业量产制造方式为哈伯法,以铁为催化剂,将氮气与氢气于高温高压下合成氨,氮气来自大气,而目前氢气的来源主要是化石燃料,绿能氨的想法,就是将合成氨的氢气来源改为绿能氢,如此就没有使用到化石燃料。
为什么至今没有船用氨当燃料?
氨所需的储存设施,体积与成本都低于氢,较能塞上船上,但是,仍然比传统的柴油更占空间,船舶改用绿能氨为燃料,还是得损失相当的载货空间;另一方面,氨具有毒性,若在航程中发生泄漏,则可能危害船上人员安全;使用氨来做燃料,还会产生氮氧化物污染。这些问题是至今尚未有任何一艘船用氨当燃料的原因。
不过,欧洲大厂们对绿能氨仍然信心满满。英国石油在澳洲投入的绿能氢计划就是要产制绿能氨。德国船舶推进系统及涡轮厂曼恩能源解决方案(MAN Energy Solutions)认为绿能氨做为燃料的问题都可在技术上解决,正开发二行程船舶燃氨引擎,预定将于 2024 年初推出,并预计将于 2025 年开始进行改装现有柴油船只为燃氨船只。
曼恩能源解决方案公司可说血统不凡,原本出身为丹麦造船暨与船用柴油机大厂伯迈斯特韦恩(Burmeister & Wain),以及 BMW 航空引擎部门。伯迈斯特韦恩于 1980 年由曼恩(MAN SE)购并,成为曼恩柴油引擎公司(MAN Diesel SE),BMW 航空引擎部门则在 1960 年出售半数股权给曼恩,之后再于 1965 年售出剩下半数股权,并与曼恩涡轮引擎部门合并成为曼恩涡轮(MAN Turbo),曼恩柴油引擎与曼恩涡轮于 2010 年合并为曼恩柴油涡轮(MAN Diesel & Turbo),之后改名为曼恩能源解决方案。2011 年时汽车大厂福斯(Volkswagen)取得曼恩过半股权,并持续提高持股,计划逐步合并曼恩,2019 年时曼恩能源解决方案所属的曼恩动力工程部门率先并入福斯,成为福斯的一部分。
曼恩能源解决方案并非唯一开发燃氨引擎的欧洲大厂,芬兰的动力系统大厂瓦锡兰(Wärtsilä)正在打造四行程燃氨引擎,希望能于 2022 年进行实机测试,瓦锡兰也同时正在研发氨储存与燃料供给系统,以利安装在挪威海上服务公司 Eidesvik Offshore 所属的补给船维京能源号(Viking Energy)(见首图)上,预计 2023 年完工,改装完工后,维京能源号将成为全球首艘绿能氨船只,将用来协助平挪(Equinor)达成供应链减碳。
维京能源号将成为绿能氨打入船舶燃料的第一小步,不过产业界对绿能氨的未来仍然抱持相当大的怀疑,毕竟绿能氢在北德与荷兰丹麦地区能够有诡异的经济效益,是在欧盟各国-强推绿能政策下扭曲市场才产生的特殊情况,而绿能氨做为船舶燃料的总成本,含改装成本在内,远高于传统柴油燃料,唯一的动机,只有为了配合欧盟部分国家的积极减碳政策,如平挪为供应链减碳而尝试采用,但是如此有限的特殊国家或企业政策市场,是否足以让船舶业者为此改造船只?
船舶业终究是全球性的产业,光靠欧盟之中数个积极减碳国家,恐难造成有意义的影响,产业界认为,除非国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)推动相关规范,否则绿能氨的海事市场发展,仍然相当有限,恐怕仅会止于数个示范性质的专案而已。
- Orsted Backs First Major Green Hydrogen Project Focused on Transport Sector
- Marine Sector Turns to Ammonia to Decarbonize Shipping
(首图来源:Flickr/kees torn CC BY 2.0)
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