能量比鋰電池多20倍!新燃料「氨」比瓦斯安全,還能達到碳中和目標

2022-11-29 12:40

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新燃料「氨」的能量比鋰電池多20倍(示意圖/美聯社)

新燃料「氨」的能量比鋰電池多20倍(示意圖/美聯社)

碳中和燃料不會產生淨(額外的)溫室氣體排放或碳足跡,透過將二氧化碳轉化為有用的燃料,碳循環繼續進行,無需從地下開採任何新碳。

碳中和燃料可大致區分為:

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.合成燃料:透過對二氧化碳進行氫化反應而製成
生物燃料:利用自然吸收二氧化碳的過程(如植物的光合作用)

用於製造合成燃料的二氧化碳可以直接從空氣中捕獲、從發電廠(在工業爐中燃燒)所排放的廢氣當中回收、或者從海水中的碳酸中提取。常見的合成燃料包括氫、氨、和甲烷。

碳中和燃料:氨

氨是由一個氮原子和三個氫原子構成的三角金字塔形狀的分子,是一種無色氣體,具有強烈的刺激性氣味。

在自然界中,它是呼吸作用釋放的標準含氮廢物,特別是水生生物。

氨作為世界上45%的食物和肥料的前體,對地球的營養需求有重大貢獻。

氨是許多藥物和清潔產品直接或間接的合成基石,包括用於窗戶、玻璃、烤箱、馬桶等等的清潔產品,以及多用途的清潔劑。氨也可以作為淨水裝置的製冷劑氣體,以及製造塑料、炸藥、紡織品、殺蟲劑和染料。

按體積計算,氨比液態氫多出70%的能量,幾乎是壓縮氫氣能量的3倍。而就重量而言,氨攜帶的能量則是現今鋰電池的20倍以上。

液態氨可以在室溫下儲存於大型儲罐中,比丙烷更加安全,也和汽油一樣安全。每年生產的氨超過2億噸,並且透過輸送管、油罐車和卡車分銷於全球各地。

傳統生產的氨會產生大量的二氧化碳。透過用風電或太陽能等可再生能源代替化石燃料,可以減少生產過程中的排放。該過程利用碳捕獲和儲存來隔離和封存大部分的二氧化碳排放。

使用氨作為可再生燃料,也不是沒有現代柴油發動機等高溫燃燒過程特有的一些缺點,其中最主要的是在富氮氧化環境中形成氮氧化物的可能性,因此需要在排氣過程中採取額外步驟,以降低一氧化二氮的排放量。

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氨可以透過3種方式作為燃料:

.直接在內燃機中燃燒,淨零碳排放。
.在鹼性燃料電池中直接轉化為電能。
.透過分解為非鹼性燃料電池提供氫氣。

鋰電池與氨動力燃料電池比較(圖/商業周刊)
鋰電池與氨動力燃料電池比較(圖/商業周刊)

碳中和燃料:氫

氫氣作為燃料

氫氣可以利用各種國內資源生產,具有接近零溫室氣體排放的潛力,生產之後的氫氣可以在燃料電池中轉為電能,只會釋放出水蒸氣和暖空氣。

安全有效地燃燒氫氣並不成問題,能夠有效地生產、儲存、和運送。

生產氫氣

氫氣是宇宙中最普遍的元素,大約90%的原子是氫。在地球上,氫不能以單純形式存在,必須透過分解其他化學物質來提取氫氣。

為了在地球生產氫氣,必須將其原子與其他物質(如水、植物或化石燃料)分解出來。這種分解是如何完成的,決定了氫的可持續性。

如今,大多數氫氣都是由化石氣體產生的,會造成嚴重的汙染。這個過程利用催化劑使甲烷和高溫蒸汽發生反應,稱之為「甲烷的蒸汽轉化」(steam methane reforming),產生氫氣、一氧化碳、和少量二氧化碳,用於煉油和生產肥料。

也可以透過電解水來製造氫氣,只會留下氧氣作為副產品。電解法利用電流在電解槽內將水分解成氫氣和氧氣。如果利用太陽能或風能等可再生能源發電, 所提取的無汙染氫氣則被稱為「綠色氫氣」(green hydrogen)。

燃料電池電動汽車

液態或高度壓縮儲存的氫氣為燃料電池電動汽車提供了動力。這些車輛的效率是傳統燃油引擎車輛的2到3倍,而且除了水蒸氣以外,不會排放任何廢氣。

燃料儲存

2.2磅(1千克)的氫氣能量,大約相當於1加侖(6.2磅,2.8千克)的汽油能量。由於氫氣具有較低的單位體積能量密度,能以壓縮氣體或液體的形式儲存在車輛,以達到傳統汽車的行駛里程。緊密的氫氣儲存技術是一大挑戰,因為需要高壓、低溫、或化學過程。

作者介紹

賽斯.高汀(Seth Godin)

全球知名行銷創意大師,2018年入選美國行銷協會行銷名人堂,著有20本全球暢銷著作已被翻譯成38種語言。曾任職雅虎市場總監,認為撰寫此書是「有幸聚焦在真正要緊的事情上,用優雅但敏捷的方式處理它。」 

碳年鑑網路團隊(The Carbon Almanac Network)

由賽斯.高汀率領全球各界300多名專業人士編寫、繪畫、查核、研究通力合作而成。這是一個由研究人員、作家、藝術家和圖表專家組成的團隊,分佈在41個國家,年齡從學生到老年人不等。在這次史無前例的作業方式,透過網路的自願合作,就全球最重要的問題——氣候變化展開對話。 


本文經授權轉載自商業周刊《圖解全球碳年鑑:一本揭露所有關於碳的真相,並即時改變之書》

責任編輯/郭家宏

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