太阳能如何储存并实现全球运输？

能源行业专家Keith Lovegrove表示，可以将太阳能作为零碳液体燃料在全球各地储存、灌装并运输。

澳大利亚可再生能源机构ARENA近日宣布为可再生能源产生的氢气出口提供2000万美元的资金。Lovegrove介绍了澳大利亚的太阳能燃料(SolarFuels)路线图，并对太阳能和各种混合燃料进行了比较。澳大利亚致力于采用新的清洁能源替代煤炭进行出口，日本已经成为澳大利亚能源出口的第三大出口国，并且正在氢经济进行投资。

“日本是完全依赖能源进口的全球主要的工业化国家。他们的能源未来将转向氢经济。而澳大利亚是生产氢气的理想之地。”Lovegrove说。

但他表示，实际包含更多氢原子的N和分子具有清洁氢气经济的巨大潜力。氨气(NH3)可以将1个氮原子与3个氢原子键合在一起。一公升液态氨中的氢气量比一公升液态氢气(H2)的氢气量还要大。Lovegrove解释说，“这是违反人们直觉的，但氨气是一种将更多的氢包含在内的气体分子。”

也许未来应用和发展的不是氢经济，而是专家所建议的“氨气经济”。 氨气(NH3)和氢气一样，没有碳原子，而氨气(NH3)可以生产出清洁理想的液体燃料，并且技术过渡更容易。

“我个人赞成使用氨气(NH3)来输送氢气，”他说。 “当运输到达目的时，可以把它变成氢气。或者甚至可以直接使用它，因为将传统的燃气轮机进行一下改造，就可以直接燃烧氨气(NH3)。”

氨气(NH3)作为太阳能集中发电(CSP)的潜在储能

Lovegrove曾参与IEA的SolarPACES任务II：太阳能化学研究，现在负责能源咨询公司ITPower的太阳能热能部门。他最近与加州大学洛杉矶分校的合作伙伴合作研究，其中包括撰写的2017化学工程进展论文，利用合成氨工业进行太阳能储存，研究如何将氨气(NH3)作为太阳能集中发电(CSP)的新型储能材料。

作为储能物质，氨气(NH3)分解之后并且在热化学储能循环中重新结合。尽管化学反应发生在700°C左右，以储存能量，并稍后释放蒸汽，但氢气和氨气的混合物可以在常温下运送和储存，并且仅在需要驱动蒸汽循环时产生热量，因此它可以长期存放。

但是Lovegrove认为氨气(NH3)的储能能力远不止此。

在人口稠密的地区，很难安装部署公用事业规模的太阳能集中发电(CSP)设施，它可以在无风的沙漠中部署，并且其附近还需要使用电力的人群，这种要求通常很难实现。但是可以将太阳能产生的电力生产氨气，可以将存储在液态燃料中的太阳能“瓶装”起来，这种液体燃料可以在任何地方运输和使用，其市场应用将大幅增长。

太阳能发电可以在沙漠地区生产，通过管道将液化氨气输送到海岸，并运往全球。由于海上运输液体燃料的效率极高，因此采用太阳能生产的氨气将增加世界各地太阳能热能的生产和出口。

“现在就像石油产品贸易一样，如果在中东地区采用油轮运输石油，运输期间将会消耗大量的能源，占到其有效载荷的2%。”他指出，“因此油轮运输效率高达98%。那么有趣的问题是否可以同样运输氨气(NH3)。”

氢气(H2)和氨气(NH3)都可以储存和携带能量，但氨气(NH3作为能源载体更为理想。“氨肥生产是全球最大的化工行业之一。世界各地都有生产工厂，而运输船每天都在全球各地运输，因此这是一种可以大力推广的事情。”

由于氨气(NH3)已经被广泛地生产和使用，并且具有完善的分配和处理程序，所以这将不是一个困难的技术过渡。当氨气(NH3)作为燃料燃烧时，它会简单地分解成氮气和水。并如果氨气(NH3)泄漏到空气中，很容易通过检测。

液体燃料对全球气候的重要性

液体燃料是脱碳最大的未开发资源。即使世界上的所有电力都采用100%可再生能源发电，电力部门的排放量仅占全球排放量的20%。30年的努力并没有使太阳能氢能经济实现，主要是因为氢气难以运输和储存。研究人员正在越来越多地关注作为潜在载体的氨气(NH3)的运输和储存基础设施。

通过氨气(NH3)不仅可以储存和运输可再生能源，还可以使用任何可再生能源为其生产提供电能。因为氨气(NH3)只是氢气和氮气组合而成，所以它可以通过电解从水(H2O)和空气(73%的N2)中化学分解。任何化学反应基本上都是原子之间电子交换。而氢气(H2)不会在自然界中发生，但可以从水(H2O)中分离出氢气气。而氨气(NH3)的每个氮原子含有三个氢原子。

太阳能电解可以在商业中获得

为了对这些分子进行化学重组，现有的电解可以采用任何可再生能源产生的电力。“例如，企业可以购买一台多兆瓦的电解槽。这是商业上可用的，可以安装到太阳能发电场，可以立即实现。”Lovegrove说。

在可再生电力成本为每兆瓦时30美元或更低的地区，通过太阳能或风能产生的电力电解水产生氢气，并与天然气合成氨气，而天然气合成氨每吨产生1.7吨二氧化碳，其成本为每吨200美元至600美元。

太阳能集中发电（CSP）可以将成本降低近一半

这将采用1909年发现的基于化石燃料的Haber-Bosch工艺。在从天然气中分离出氢气后，提纯的氮气和氢气在200-400个大气压的压力范围内被加热到40℃0-650℃，而这也是排放二氧化碳的过程。基于化石燃料的氨气制造业已经排放了全球温室气体的1%，而只为是为了生产化肥。如果氨气(NH3)要想成为能源载体，那么采用高效的太阳能是必不可少的。

但是在太阳能反应器中可以提供800℃至1000℃以上的热量。太阳能集中发电(CSP)更高效的电解水有望将太阳能电解产生的氢气成本减半。

作为燃料的氨气(NH3)在过去一个世纪以来很少受到人们关注，但随着当今在太阳能燃料研究方面的进步，氨气(NH3)有望作为一种液体燃料进行推广，并开启太阳能交易的新纪元。