国家能源氢能及氨氢融合新能源技术重点实验室

中国氢能产业大会主题演讲丨程一兵《氢氨新能源对佛山高温工业实现双碳达标的重要作用》

【现场速记】 

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各位领导、各位专家、各位来宾,下午好!

我是仙湖实验室的程一兵,我今天跟大家分享一下在氢氨新能源对佛山高温工业实现双碳达标的重要作用,我想在这方面谈一点我个人的看法。

我们大家都非常清楚,国家已经制定了非常明确的双碳目标,那就是2030要实现碳达峰,2060要实现碳中和。那么在2030这个碳达峰的实际意义,就是单位的GDP二氧化碳在2030年之前要下降到2005年的65%以上,那就是二氧化碳的排放要降下来。而且中央现在已经明确制定将能耗的双控逐步转向碳排放的双控,也就是说以后在扩大产能,在做制造业的生产方面用清洁能源是可以放开的。但是你用化石能源,那么你将会受到极大的限制。那就是到了2030年以后,我们碳的排放只能减少,不能增加。这是什么意味呢?这将对我们的高温工业产生一个巨大的冲击,为什么呢?因为我们国家的二氧化碳的排放主要是来源于发电、高温制造业和交通这些领域,因为他们都是使用的化石能源。以佛山主要的几个制造业为例,我们发电陶瓷窑炉、生产陶瓷、铝型材加工这样一些行业都是一些高温制造业。他们使用的都是化石的能源。因此碳的排放量是非常大的。针对我们佛山这两个特色制造业我们做了一些分析,这个工业制造业的碳排放量在我们佛山的总碳排放量占了65%,其中陶瓷占总的碳排放量占到30%。我们粗略的算了一下,不是很准确,铝型材的碳排放量大概占7%,也就是说陶瓷和铝型材这两个特色产业占了佛山市的碳排放的近40%。这个里面主要的来源是燃烧造成的,以陶瓷生产为例,70%的二氧化碳排放是由于燃料的燃烧所的,因此在这个过程当中我们要实现双碳目标,必须要开发零碳、低碳和零碳的高温制造技术,这样才能够有助于我们高温制造业,特别是我们佛山的特色的制造业实现双碳达标。

那么在这个过程当中氢能和氨,都是属于零碳的、可以在高温下燃烧的这样一种燃料。刚才前面几位院士都对这个氢和氨做了一些比较好的一些介绍。这是因为氢和氨它都是可以用可再生能源制造的,是可以循环的。而且氢和氨的燃烧都是不产生二氧化碳的。

下面两个图可以清楚的表明在现有的化石燃料中,比方说天然气掺入一部分的氢气,或者是一部分的氨气混合在一起,你可以从这个图上可以看到,二氧化碳的排量是逐步往下降的,这就是当氢氨和天然气混烧的时候它就是一个碳达峰的技术。当氢氨完全取代天然气燃烧的时候它就是一个碳中和技术。那么在这个方面佛山仙湖实验室是做了相当一部分的工作,从这个图上可以看到,左边这个是氢气和天然气混烧它所产生的一些在陶瓷窑炉里面产生的效果。右边这个是氨气和天然气混烧,或者是100%纯氨气的燃烧,它们在陶瓷窑炉里面产生的效果。这些技术都是仙湖实验室和佛山的德力泰窑炉公司联合开发的一些混氢或者是混氨的一些燃烧氨气。所以氢气和氨气,以及它们和天然气的混烧在高温的燃烧方面在技术上都是可行的。

但是这个里面主要有一个问题,就是氢能它的储运目前是比较大的一个技术挑战,就是它不能用一个非常高效的方式来大储量的储运,而我们工业燃烧对这个燃料的需求的量是非常大的,举一个例子,佛山的一条陶瓷生产线一天窑用到8吨氢气,而我们目前用气体输运的方法一辆40吨的载重汽车只能运输250公斤的氢气,因为它是气体,运输量效率非常低,我们一条窑一天就需要30辆这样40吨的车来运输,我们佛山有160条窑就需要5000辆这样的车,所以这样的运输效率难以实现,因此在这样一个条件下氨能作为一个储氢氢能的一个介质,它的储运是比较更方便的。所以这就是为什么我们在现阶段首先攻克的是用氨以及氨和天然气的混烧来实现低碳,或者零碳的这样一个燃烧技术。在这样一个基础上,我们和佛山的德利泰窑炉公司和欧神诺陶瓷公司在2021年12月份联合成立一家先进零碳燃烧技术联合创新研发中心,我们的目标就是在中试阶段,把这样一条30米长烧天然气的窑炉技术,完全改造成烧天然气和氨气的混合气或者是100%的氨气零碳燃烧。这个过程当中,我们要克服一系列技术问题,我今天不作更细致的介绍。

这里边大家比较关心的就是氨里边有氮,燃烧氨会不产生比较大的氮氧化物?在这个问题上,我们做了很多技术攻关。在我们通过多级协同氮氧化物的进化技术,开发了一整套技术的基础上,我们能够实现有效的控制氮氧化物,产生的氮氧化物经过检测是比国家的标准要低很多。在这个基础之上,我们在去年12月份成功把这样一条中试30米长的窑炉改造成了烧纯氨的技术,同时把世界首块零碳氨燃料烧制出来的瓷砖成功从中试生产线上制备出来,750×750的大瓷砖,在仙湖实验室展厅摆放有展品,大家有时间可以去看一看。同时,我们请了第三方公司对现场烟气采样,做了测试结果,测试结果完全达标,国家规定的氮氧化物排放标准100毫克/立方,在线实测氮氧化物是17毫克,远远低于国家的标准。同时欧神诺陶瓷公司对生产出来的陶瓷瓷砖性能做了测试,完全符合国家标准,甚至比天然气做出来的瓷砖性能还要略高一点。

在这个基础之上,南海西樵蒙娜丽莎陶瓷集团、欧神诺、德利泰、安清科技和我们共5家单位联合,把这样一个燃烧技术从中试阶段推向产业化阶段,蒙娜丽莎生产基地就在西樵,我们要把这样一条全长300米的陶瓷瓷砖量产线改造成低碳即混氨和零碳即纯氨的燃烧技术,目前正在推进这样一个技术。希望在明年大会上能够向大家介绍我们把这样一条产线技术做出来的结果。

目前,对这样一个技术,我们面临着一些挑战,氨气目前还没有纳入到国家能源体系,也就是说氨目前还不是作为一个能源,目前还是作为一个化肥或者化工产品,因此,作为能源使用它缺乏相应的国家和行业的一系列标准,这对我们做研发还是造成了一些障碍。比方说我们要在蒙娜丽莎,因为它要做产线的生产,就必须要有一个比较大的储氨的罐子。目前在我们现有的规范下,10吨液氨以上就属于重大危险源,因为它不是作为能源来考虑。蒙娜丽莎一天就要烧十几吨,所以目前在这个方面我们希望政府尽量给我们一些支持。同时,目前整个湾区还没有大容量液氨的储氨站,对我们推广这个技术也造成了障碍。因为没有大容量的储氨站,应用单位就不能够随时获得大量的氨供应,这一条目前也是制约我们这个技术进一步发展的障碍。同时还有一个问题,目前市场上的氨绝大部分还是灰氨,前面几院位院士也提到,氢能氢气90%以上还是灰氢,因此氨绝大部分在市场上还是灰氨,而且氨的供应强量还不足。因此,下一步做低碳和零碳的“双碳”技术,我们还需要更进一步大力发展绿氨的产业。目前我们国家在西北部已经有了一些比较大的战略布局,已经有了很多绿氨制备公司,但是对南方来说,目前还是相对比较少。同时,目前氨气的价格相对于天然气还是要贵一些,因此氨气价格也是技术达标的一个障碍。希望以后随着大规模绿氨的生产制备,这个价格能够进一步降下来,能够助力高温制造业的“双碳”达标。

下面简单小结一下。氨氢是可工业化应用的零碳高温燃料,我们国家应该加快氨气新能源零碳技术的研发,为高温制造业开创一个先进技术,同时,建议政府从政策的引导和资金配套上扶持氨氢燃烧技术产业示范,加快在高温制造业的推广,同时要抓住战略机遇,加快推动氨能的供应和大型储氨站的建设。

谢谢大家!