作为化学肥料与合成纤维原料使用的氨，作为脱碳化的“王牌”受到了很大关注。氨不仅是作为运输氢的液体，由于燃烧后不排放二氧化碳，作为替代煤炭的清洁燃料也受到期待。目前的制造方法大量消耗化石燃料和能源，掌握更为清洁且高效的合成技术成为关键。参考日本专利厅发布的报告书，日本经济新闻（中文版：日经中文网）探寻了全球氨相关技术的开发动向等。

  

美国CF工业公司

   

      “绿氨”指的是利用可再生能源制造，完全不产生二氧化碳。肥料大型企业美国CF工业将于2023年开始年产2万吨的商业生产。投入约1亿美元，在路易斯安那州的氨制造设施内，建设通过电解水来制造氢气的设备。该氢能设备采用可再生能源，从德国的钢铁机械制造商蒂森克虏伯采购。

 

  

      CF工业计划在北美和英国的9个氨生产基地推进脱碳化。总裁兼首席执行官（CEO）托尼威尔(Tony Will)表示：“氨是使氢的储藏和运输变为可能的重要因素”。

  

  

      转向绿氨是世界潮流，日本也将推进同样的计划。旭化成和日挥控股计划在福岛县浪江町建设验证设备，自2024年度起每天生产数吨绿氨。旭化成采用1万千瓦电力的氢生产设备已投入运行，还将建设氨合成工厂。将在获得国家资助的同时，到2027年度将氢制造设备提高至4万千瓦，力争通过量产大幅降低成本。

 

      比氢气容易处理

 

      氨比同样在燃烧时不排放二氧化碳的氢更容易处理。如果为20摄氏度，氨在约8.5个气压下将变为液体。与需要降至零下253度以下的氢相比，能使用现在的储藏罐，运输更加容易。发现了不产生有害氮氧化物的燃烧方法，作为煤炭火力发电站的燃料也受到关注。

 

      爱尔兰调查公司Research and Markets的数据显示，预计绿氨的世界市场规模将从2019年的约1300万美元增加至2028年的8.5亿美元，之后也有望持续扩大。

  

  

      氨通过使氢和氮发生化学反应来制造。联合国粮农组织（FAO）的统计显示，全球产量约为1.9亿吨。通过使天然气和高温水蒸气发生反应来制取氢，会排放大量二氧化碳。大部分氨则通过20世纪初开发的“哈伯-博施法（HB法）”来制造，需要400～500摄氏度、100～300个气压的条件。制造1吨氨的过程排放约1.6吨二氧化碳。据悉，如果使用源自可再生能源的氢，可减排7～8成。

 

      要合成氨，需要加压和提高温度，消耗能源。在低温低压等温和条件下也能发生反应的技术不可或缺。

 

  

      日本专利厅的“需求即刻满足型技术动向调查报告书”显示，在氨合成技术的专利和受到关注的成果中，引人关注的是日本和欧洲的企业与大学。

 

  

      从2003～2017年申请的专利数来看，瑞士的工程企业Casale排在首位。包括第3位的德国蒂森克虏伯集团、第5位的丹麦托普索（HaldorTopsoe）等在内，前10以内有5家欧洲企业。日本也有三菱重工、丰田和东京工业大学等4家企业与大学跻身前十。

 

      在催化剂开发上展开竞争

 

      氮分子由2个氮原子强烈结合而成，即使加热到800度也难以分开。降低切断原子结合所需的能量成为技术开发的主要关键。日本专利厅列举了3个方法。分别是具有促进化学反应作用的“催化剂”、应用电池原理引发化学反应的“电化学合成（电解合成）法”、以及模仿产生氨的细菌活动的“生物合成法”。

 

  

       被认为最具潜力的是新催化剂的开发，全球围绕成果展开了竞赛。催化剂是合成反应不可或缺的存在，能降低分开氮分子所需的能量。

 

产综研和日挥控股开发出在约50个气压下发生反应的催化剂，在福岛县郡山市的设备进行了实际验证（照片由日挥提供）

      

      日挥控股和产业技术综合研究所以贵金属钌作为主要成分，开发了在400度、50个气压下发挥作用的催化剂，成功进行了实际验证。无需提高氢气的压力。

      

东京工业大学的新催化剂由钙（Ca）、氟（F）、氢（H）和钌（Ru）构成

   

      此外，在更为温和的条件下发挥作用的催化剂也取得了研究进展。东京工业大学的教授原亨和、荣誉教授细野秀雄等人开发出的催化剂将以钙、氟和氢形成的物质与钌的颗粒物结合起来，确认在50度以下也能发生反应。这种催化剂在200度以上可分解氢分子，剩下的电子通过钌传到氮分子，结合就将断开。计划在秋田县大潟村，利用风力发电来推进氨的试制。

 

东京大学的西林仁昭教授等人开发了使空气中的氮和水发生反应的催化剂（烧瓶实验的情形，图由上述教授提供）

  

      20摄氏度、1个气压这种“常温常压”下也能使用的终极催化剂也出现了研究成果。东京大学的西林仁昭教授等人利用水和空气成功合成了氨。利用包括被广泛使用的二碘化钐和金属钼的催化剂，使空气中的氮与水发生反应。据称无需使用化石燃料，可以大幅节能。西林教授表示，“催化剂的性能很高，如果改良后能长期使用，就能实现实用化。希望通过这一‘哈伯-博施法’之后的方式，推动解决全球环境问题”。

 

        日本经济新闻（中文版：日经中文网）编辑委员　青木慎一

    

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