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創新展望:可再生氨 Innovation Outlook: Renewable Ammonia
2022/05
International Renewable Energy Agency (IRENA)
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/May/IRENA_Innovation_Outlook_Ammonia_2022.pdf
一、前言
根據國際可再生能源機構(IRENA)預測,到2050年要實踐《巴黎協定》內容將全球氣溫上升幅度控制在攝氏1.5°C 以內,可創造688噸規模的氨市場,是現今氨市場的近4倍:預計使用綠色氫氣及再生能源生產的氨產量可達566噸,其他則可透過化石燃料結合碳捕獲和儲存(Carbon Capture and Storage, CCS)技術生產。

此外,現今市場中天然氣的高價情形為可再生氨創造極佳的市場發展機會,若能制訂適當政策(例如:降低再生氫成本、大規模部署、降低再生電力成本、創造電解槽需求、認證機制、差價合約,以及提供市場創新誘因),從2030年起,製造可再生氨可具廣泛的成本競爭力。以下將摘述可再生氨全球市場供需概況,分析其成本競爭力,再提出相關政策建議。

二、可再生氨全球市場概況
(一) 市場供需概況
氨為化學肥料和化工行業的重要產品,主要用於生產尿素、硝酸銨等肥料。目前氨的全球每年產量約為183公噸,而幾乎所有氨皆使用化石燃料:天然氣(72%)、煤(22%)、石腦油和重質燃料油進行生產。氨的二氧化碳排放量為每年0.5 Gt(約占化學行業總排放量的15-20%,為全球溫室氣體排放量的1%)。

在全球氣溫上升幅度控制在攝氏1.5°C 以內的目標下,IRENA預計氨市場成長重點為航運部門,該部門到2050年的新增氨需求量將達到197公噸;另外,到2050年將氨作為氫載體的需求量亦將達到127公噸。

可再生氨係採用綠色氫生產,而綠色氫係使用再生能源電力電解水生產。自1921年起,可再生氨已達商業生產規模,然而實際上2021年可再生氨的產量不到0.02公噸。根據IRENA的分析,到 2050 年可再生氨生產量能需達到566噸,並成為各大洲之間運輸再生能源的主要商品形式。

(二)成本競爭力
目前,在太陽能和風能資源良好的地區,生產可再生氨的成本估計為每噸720美元,預計到2030年成本將降至每噸480美元;到2050年將降至每噸310美元。市場中使用化石燃料製氨的成本通常落在每噸110-340美元之間,易受化石燃料價格波動影響。此種方式生產的氨可進一步結合CCS技術進行脫碳,而CCS的成本則因技術和捕集效率而有所差異,通常生產成本為每噸170-465美元。因此,需藉每噸60-90美元的碳價緩解成本壓力,方能與化石燃料製氨競爭。

1.化石燃料製氨+CCS:以新技術提高產量
現今市場中較為普遍的蒸汽甲烷重組(Steam Methane Reforming, SMR)技術結合CCS生產氨的產能為2.6噸/年;然而,新的自熱轉化(ATR)技術結合CCS生產氨,可大幅提升製氨產能達17.4噸/年。

2.可再生氨:降低再生能源發電及電解槽成本
再生氫的成本占可再生氨生產成本的90%,而未來影響再生氫生產成本的主要關鍵在於是否能降低再生能源發電及電解槽的成本,並提升效率和耐用性。

三、推動可再生氨發展的政策建議
由於可預測、具前瞻性和果斷的政策可給予投資者信心,進而帶動再生能源技術持久性及資本密集型的投資。因此,制定適當的政策框架和支持機制對於實現可持續性、減緩碳排放,以及能源安全的目標至為關鍵。根據目前全球市場發展現況與未來目標,提出發展可再生氨相關政策建議如下:

1.針對碳排放設定夠高的價格
根據研究,需要對每噸CO2收取約60-90美元的金額,才足以填補未減排的化石基燃料製氨,和使用化石燃料結合CCS技術生產可再生氨的成本差距。此外,若對每噸CO2收取高達150美元的金額,則可填補化石燃料製氨和可再生氨之間的成本差距。

2.制定穩定的政策及具持續性的監管措施
合適的政策工具可確保公平的稅收機制與保障價格下限,將有助於增加可再氨的價格競爭力,以及擴大應用範圍。

3.重點部署既有的可再生氨技術
目前發展重點應為大規模部署既有技術,而非著重於研發創新技術。因此,可部署既有技術來創造短期市場,以加速長期創新。

4.規劃整個供應鏈發展
應將資助計畫範圍擴大至可再生氨和其他氫的載體:針對氫氣或太陽能電池板)單一技術項目的資助重點在於規劃早期研發和試點項目;對於電解燃料、儲能等應用技術,則需要連結生產、銷售和終端應用等整個價值鏈的規劃。

5.制定減輕供應風險的貿易政策
促進國際合作(例如:促進項目開發商、氨用戶和製氨企業之間的合作)以在生產和消費氨的地區創造就業機會,並鼓勵具有競爭力的可再生氨產業發展。此外,建議增加對可再生氨的投資,與擴大能源和原料的供應範圍,以降低政治風險。

6.部署大規模的電解廠
根據ESMAP 和世界銀行2020年的報告,電解槽產能僅為每年2.1GW,但市場中需要每年40-65GW的產能以供應化學肥料、發電和航運部門以實現脫碳目標。因此,未來勢必將部署大規模GW級的電解廠,以降低電解槽成本增加可再生氨之競爭力。

7.降低早期投資風險
在資本支出方面,政府可透過投資、提供貸款或貸款擔保等方式,幫助企業降低建造GW級可再生氨工廠的投資風險;在營運方面,則可透過差價合約(Contract For Difference,CFD)、採購合約或承購擔保等方式降低其風險。

8.提升可再生氨生產技術
目前非生產尿素的氨廠可透過結合CCS技術、電氣化蒸汽甲烷重組(Electrified Steam Methane Reforming,eSMR)技術進行改造,或使用再生氫替代化石原料達到脫碳目標,這代表每年約產生80噸可達脫碳的氨。

9.支持需求端汰換化石燃料
政府和監管機構應鼓勵將現有使用化石燃料的設施,加速向再生能源轉型,並減少對化石燃料的需求。在初期擴大規模階段,改造既有的設施亦比建造新設施更具成本效益,尤其是在電力部門和航運部門。

預計到 2030年,將有5%的航運燃料組合為零碳燃料。因此,運輸領域需對船舶進行改造,以利航運油輪可使用氨作為燃料。

10.重新評估氨在氫能發展策略中可發揮的效益
大多數氫能發展策略僅將氨列為氫的消耗用途,用以生產化學肥料,而忽略氨可作為燃料和氫載體的潛在效益。

此外,氨為大規模進口氫氣最具成本效益的載體,其成本效益最高的方式即為直接使用氨,因此,在進口氨作為氫載體的地區,應盡可能直接使用氨,而非使用分解氨獲得的氫氣。

謝汎琪
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