米乐m6官方网站（AIST；所长：Ryoji Chubachi）可再生能源研究中心（所长：Sakae Niki）氢能源载体团队的 Taku Tsujimura（组长）和 Norihiko Iki 与东北大学流体科学研究所（所长：Susumu Satomi）合作，实现了 418 kW 的燃气轮机功率在科学技术创新委员会跨部战略创新促进（SIP）计划的能源载体项目下委托研究以氨为燃料的发电（管理组织：日本科学技术振兴机构（JST；主席：中村道晴））。

氨作为含氢量高的氢载体一直备受关注，作为发电燃料尤其有前景。在目前的工作中，研究人员能够利用甲烷和氨气的混合物实现燃气轮机发电，展示了在以天然气为燃料的大型火力发电厂中通过氨双燃料燃烧发电的可能性。他们还成功通过100%氨燃烧（氨单燃料燃烧）发电，这可能会导致大规模的CO₂免发电。这些成果有望推进实际应用，为发电领域温室气体排放的大幅减少做出贡献。

该技术的详细信息将在2015年9月20日至23日在美国伊利诺伊州举行的2015年NH3燃料会议和2015年11月16日至18日在茨城县筑波举行的第53届年度燃烧研讨会上介绍。

燃料供给的切换和发电机输出的变化（甲烷-氨双燃料燃烧（左）、氨单燃料燃烧（右））

氢能源在日本备受关注，2015 年被日本宣布为“氢年”。此外，随着人们对大规模引入和使用可再生能源的期望比以往任何时候都更高，氢和氢载体作为能源存储和运输的介质变得非常重要。氢载体是将氢转化为含有大量氢的化学物质以利于储存和运输的介质。氢载体包括通过氢与有机溶剂（甲基环己烷等）加成和解离而使用的有机氢化物以及通过直接燃烧使用的由氮和氢合成的氨。

氨作为不含任何碳且具有高氢比例的氢载体而受到特别关注，并且对其用作发电燃料的期望很高。由于氨在燃烧时主要生成水和氮气，因此即使用氨替代部分传统燃料也会对减少二氧化碳产生很大的效果₂排放。

AIST正在推动支持大规模引入可再生能源的氢载体的研究和开发，并与东北大学流体科学研究所合作开发在燃气轮机中直接燃烧氨发电的技术。氨面临着许多挑战，包括与一般燃料相比点火困难、燃烧速度慢，并且迄今为止尚未实现以氨为燃料的燃气轮机发电。然而，2014年，为了展示氨作为发电燃料的潜力，AIST在能够使用多种燃料运行的燃气轮机上进行了发电示范试验，结果利用双燃料燃烧发电量为21kW，其中相当于30%的煤油被氨取代（AIST/JST 2014 年 9 月 18 日联合新闻稿).

利用以氨为主要燃料的燃气轮机技术发展的进步，研究人员准备了高流量供给氨和甲烷的设施，然后进行了以氨为主要燃料的燃气轮机发电的示范试验。该演示在 AIST 福岛可再生能源研究所（福岛县郡山）进行。

这项研究是在本财年启动的内阁府SIP（跨部战略创新促进计划）的能源载体项目（项目总监：村木茂）下的“氨直接燃烧”研究主题（研究主任：小林秀明）的研究课题“氨内燃机技术的开发”（研究员：祇纪彦）下进行的2014 年。

图1显示了燃烧测试中使用的微型燃气轮机发电机。尽管2014年发电设备包括依靠煤油-氨双燃料燃烧的燃烧器，但该版本的设备能够以高流量稳定地供给甲烷和氨气。燃气轮机的燃料流量控制程序也得到了改进，最多可以从煤油、氨和甲烷中选择两条燃料线以任意组合供给。结果，使用额定功率为50kW的燃气轮机发电机，通过甲烷-氨双燃料燃烧以及氨单燃料燃烧，产生了418kW的电力（约额定输出的80%）。此外，燃烧后废气中的氮氧化物 (NOx) 量降至 10 ppm 以下（或在 16% 氧气 (O₂))，远低于环境部的氮氧化物排放标准（16 % O 时为 70 ppm₂)，通过向废气中添加适量的氨并在NOx脱除单元中处理废气。

图1：可直接燃烧氨的微型燃气轮机发电机

在甲烷-氨双燃料燃烧试验中，通过向液体燃料喷射阀供给煤油来启动燃气轮机。转速快速增加后，开始发电，同时将发电机保持在 75,000 rpm。转速稳定后产生26kW功率后，将甲烷通入气体燃料喷射阀进行甲烷燃烧，然后停止煤油供应。即使在甲烷与氨的体积流量比为1：25（热值1：1）的情况下混合氨，也可以稳定发电。此后，在控制燃料供应和转速的同时，发电输出逐渐增加，在额定转速80,000 rpm时达到418 kW（图2）。

图2：甲烷-氨双燃料燃烧试验中燃料供给和发电输出的变化

氨单燃料燃烧试验中，燃气轮机通过供给煤油启动。然后通过增加氨的量将燃料转变为氨单燃料燃烧。此时，检查输出，在额定转速 80,000 rpm 时记录到的发电输出为 418 kW（图 3）。

这些测试结果说明了大规模二氧化碳排放的潜力₂以氨单燃料燃烧的方式实现无发电，或在以天然气为主要燃料的大型火电厂逐步采用氨替代部分燃料。结果证明了氨作为氢载体的潜力，可以显着减少温室气体排放。

图3：氨单燃料燃烧试验中燃料供给和发电输出的变化

在这两项测试中，通过向燃烧后废气中添加适量的氨并在脱硝装置中处理NOx，可以将NOx排放量降低至10 ppm以下。在氨单燃料燃烧的情况下，虽然有11 ppm 的残留未燃烧氨，但在NOx 脱除装置的下游没有检测到任何残留。双燃料燃烧时，没有残留未燃烧的氨，表明在相同发电条件下，甲烷-氨双燃料燃烧比氨单燃料燃烧更强劲。

研究人员计划更仔细地研究燃气轮机中甲烷-氨双燃料燃烧和氨单燃料燃烧的特性，以获得有助于实现改进燃烧和低NOx燃烧以及实用氨发电系统的知识，并继续演示该技术。