分布式氨厂：中荷接近平价
德国保罗谢尔研究所（PSI）的 Tom Terlouw 带领团队，研究了约 1.3 万个情景，探索氨（化肥的原料）如何实现气候友好型生产。
小工厂，就地生产
未来，小型工厂或许能在氨真正被需要的地方直接生产。保罗谢尔研究所参与的一项全球分析显示：在哪些地点、什么条件下，这类“迷你工厂”才能既环保又划算。氨是化肥不可或缺的原料，未来也可能成为船用燃料。
氨是世界上最重要的化学品之一。没有它，没有由它制成的化肥，全球农田产量都会下降，超市货架也会因此变空。目前，这种基础原料主要在少数几个大型化工厂生产，再经长途运输送达各地。保罗谢尔研究所、苏黎世联邦理工学院，以及美国斯坦福的卡内基科学研究所的研究人员，共同研究了小型工厂未来能否就近生产、同时更环保。
“分布式工厂能缩短供应链，降低排放，让化肥供应更稳固，”论文第一作者、PSI 能源系统分析实验室科学家 Tom Terlouw 说。“但它们不会自动变得更环保或更省钱。关键在于建在哪里，电从哪来。”
为此，研究团队分析了全球约 1.3 万个情景，涵盖可能的选址和条件——从西班牙、荷兰，到中国、印度，再到巴西、尼日利亚、南非和澳大利亚。
哈伯-博施法，换成电解版
目前的氨生产，估计造成全球 1% 到 2% 的温室气体排放。原因在于：传统哈伯-博施法要把空气中的氮和氢结合起来，而这些氢大多来自天然气，反应过程中会产生大量二氧化碳。
一个更环保的替代方案，是用电解法制氢：通电把水分解成氢气和氧气。如果电来自风能、太阳能等可再生能源，生产出的氨排放就能大幅降低。
“氨是绿氢最有意义的应用之一，”Terlouw 说。“汽车、供暖都可以直接电气化，但生产氨仍然离不开氢。”
小型模块化工厂运行压力更低、温度也更低，比传统大型工厂更容易搭配可再生能源。这类迷你工厂既能减排，也能降低对全球供应链的依赖。而供应链有多脆弱，海湾地区局势紧张时已经显现——化肥价格一度大幅上涨。
选址决定成败
有一点很明确：如果要把全球氨生产全部改用电解制氢，需要的电量将十分惊人。“正因如此，我们才要仔细研究，这项新工艺到底在哪里才真正划算，”Terlouw 说。“这项技术应该用在生态和经济上都说得通的地方。”
表现最好的是所谓的“混合型工厂”——把本地风能、太阳能与公共电网的电力结合起来使用。完全离网的工厂排放确实最低，但目前成本明显更高，因为需要额外的储能设施，以及更大规模的太阳能和风电场。
“总体来说，电解法生产的氨，现在还是比传统方式更贵，”Terlouw 说。“但在一些地区，价格已经能更接近目前的市场价——特别是那些电价便宜、可再生能源丰富、融资成本低的地方。”他举例说，中国和荷兰就是这样的情况。
与此同时，研究人员也提醒，不能想当然地认为电解法生产的氨就一定环保。他们的研究发现：如果电网供电主要来自燃煤电厂——比如波兰或南非——电解氨的气候表现甚至可能比传统方式更差。
团队不仅统计了直接排放，还纳入了全生命周期的环境影响，比如电解槽、太阳能和风电设备、电池和储能系统的制造过程。
欧洲和瑞士的机会
瑞士没有工业化氨生产，无论是成品矿物肥料还是氨原料，都主要从邻国进口。Terlouw 说，原则上本地建厂对瑞士是有吸引力的。一个优势是瑞士电网的碳排放本来就低——电力主要来自水电和核电，化石能源占比不到 2%。
到 2050 年，电解法的经济性有望明显改善。电解槽、储能设备和可再生能源成本的下降，可能让分布式氨工厂在许多地区具备竞争力。“技术上，很多事情都已经可行，”Terlouw 说。“但要让这项技术真正普及，还需要投资、需要针对低碳氨的明确标准，更需要一个稳定的政策环境，能持续支持工业脱碳。”
【信息来源：chemie.de】