深度好文 | 氨能應用現狀與前景（jǐng）展望

本文選自中國工程院院刊《中國工（gōng）程科學》

作者（zhě）：雍瑞生 ，楊川箬 ，薛明 ，聶凡 ，趙興雷

一、前（qián）言

在碳中和目標成為國際熱點的背景（jǐng）下，氫氣（qì）以其清潔能源屬性被視為未來燃料，許多國（guó）家積（jī）極開展技術研究並規劃產業（yè）布局。氫氣來源廣泛，作為（wéi）零碳燃料具有燃燒極（jí）限範圍寬、點火能量低（dī）、火焰傳（chuán）播速度快等優點（diǎn），就能量（liàng）傳遞本質而言，綠（lǜ）氫才（cái）是實現碳中和目標的（de）有效途徑。然而，當前綠氫製取受限於電解水技術的經濟瓶頸和儲存運輸的安全隱患，配套基礎設施建設緩（huǎn）慢，阻（zǔ）礙了氫能規模應用的商業化進程（chéng）。

致力於打造"氫社會"的日本在國際上首次提出了（le）氨能概念，即在氫能大規模使用之前，將合成氨（ān）視為承擔綠電轉化為零碳燃料的有效手段。從儲能角度看，氨可經催（cuī）化分解製取（qǔ）氫氣，解決氫能難以低成本、遠距離輸送及單一氫能"長尾（wěi）"問題，還可解決大規模綠氫如何使（shǐ）用的問題，延續氫能終端消費的產業鏈（liàn），進一（yī）步壯大氫能產業規模。從能源（yuán）角度看，氨的完全燃燒產物隻有氮氣和水（shuǐ），既可替（tì）代部分煤炭為電力係統提供清潔燃料，也可替代部（bù）分化（huà）石能源為發動機提供清潔燃（rán）料。在此（cǐ）背景下（xià），許多（duō）國家正在積極開展氨能技術研（yán）發（fā）與規劃布（bù）局。

氨能作為另（lìng）一種具有戰略價值的清潔能源，為（wéi）實現能源結構快（kuài）速調整、加快碳中和進（jìn）程提供了新選（xuǎn）擇。在我國，氨的生產、儲運、供給等環節已成體係，擁有良好的合成氨及氨利用基礎條件，理應在（zài）未來全（quán）球氨能產業中占據重要（yào）地位（wèi）。本（běn）文係統分析（xī）氨能應用價值、應用（yòng）現狀、產業格局及產業規劃（huá）等研究進展，據此提出我國氨能（néng）產業發展舉措，以期為氨能技術攻關、氨能產業培育壯大等研究提供先導性、基礎性參考。

二、氨能應用價值

（一）氨是一種氫（qīng）載體

氨（ān）是（shì）富氫化合物，重量載氫能（néng）力高達17.6%，體積（jī）載氫效率是氫氣的150%。相比於氫氣在常（cháng）壓下的極低液化溫度（-283 ℃），氨在-33 ℃就（jiù）能夠（gòu）被液化（或者在常溫下，9個大氣壓）。在成本上，同質量的液氨儲罐（guàn）是液（yè）氫（qīng）儲罐的0.2%~1%，且液氨的單位體積重量密度是液氫的8.5倍。

據國際能源署（IEA）預計，2040年全球綠氫（qīng）和藍氫的需求總量將達到7.5×107t。基（jī）於此情形，解決氫能供（gòng）需矛盾的問題，首先要突破氫氣（qì）低成本、遠距離儲存和運輸的瓶頸。目前常用的氫儲（chǔ）運方式有高壓（yā）氣態氫運輸、液態氫運輸、深冷態氫高壓運輸三種，但每一種方法都很（hěn）難操作，造成輸運成（chéng）本高昂並且效率（lǜ）低下。相比而言，氨更容易液化儲運（yùn）。據核算，100 km內液氨的儲運成本為150元/t，500 km內液氨的儲運成本為350元/t，僅（jǐn）為液氫儲運成（chéng）本的1.7%。同時，使用氨現場製氫加氫一體站可以將氫氣（qì）成本降低至35元/kg以下，按照到2050年中國建設10 000個氫（qīng）氣加氣站的目標，可節省1000億元人民幣。除此之外，相比於氫氣，氨的（de）爆炸極限範圍（16%~25%）更窄，沸點（diǎn）更（gèng）高，發生火災和爆炸的可能性更低。同時，氨具有刺激性氣味，人體嗅（xiù）覺即可檢測到僅為危險水平5%以下的濃度，泄漏容易被發現，更加安全可靠。因此，氨作為一種優（yōu）良的儲氫載體（tǐ），氫氨融合可成為最（zuì）具潛力的新（xīn）型儲（chǔ）運方式，拓寬（kuān）氫能產業應用（yòng）場（chǎng）景。

（二）氨是（shì）一種清潔燃料

氨作為一種（zhǒng）無碳化合物，可由空氣中的氮和水中的氫合成，完全燃燒時（shí）的產物純淨無碳，因此，作為一種具有戰略價值的可再生能源，氨能夠直接燃燒實現清潔（jié）供（gòng）能。氨燃（rán）燒時的空燃（rán）比較低（dī），在同等進氣量（空氣）條件下能（néng）提供更多的能量，是一（yī）種高功率的（de）清潔燃料。同時，氨燃燒的（de）熱損失比遠低於氫氣、汽油和柴油（yóu）等燃料，尾氣帶走的（de）熱損失小。雖然（rán）氨燃燒時產生的熱值低，但是其辛烷值高，抗爆性好，可以通過提供更高（gāo）壓縮比來提高動力（lì）係統的輸出功率。在直接燃氨加注情（qíng）況下，運營（yíng）商可以將現有加油站升級改造成加氨站，改造成本（běn）比新建加氫站的投資成本低一個數量級，相當（dāng）於新建加油站的投資成本。

（三）氨（ān）具有成熟的（de）產業（yè）體係

在20世紀初，合（hé）成氨技術就（jiù）已被成功開發出來並（bìng）實現（xiàn）了工業化生產。作為世界第二大化學品，合成氨具有完（wán）整的產業鏈結構和成（chéng）熟的國際生產貿易體係，其（qí）所用的原料來源廣泛，長期應用過程中可避免供求失衡引起的（de）價格大幅度波動。在碳中和背景（jǐng）推動下，合成氨的所用氫源勢必會由工業氫源發展成以水供氫的方式，所需的能量也勢必會發展（zhǎn）成（chéng）以（yǐ）風、光等可再生能源供能的方式，最終實現綠氨製取的低碳路線。目前，絕大多數國家的（de）液氨單位能量價格已（yǐ）相當於（yú）或低（dī）於汽（qì）油。特別地，中國是世界上最（zuì）大的（de）合成氨生產國和消費國，合成氨產業遍布全國，具有良好的推廣應用基礎。

三、氨能應用現狀（zhuàng）

氨的（de）能（néng）源屬性和儲能屬（shǔ）性使（shǐ）其在動力燃料、清潔電力和（hé）儲氫載體等新市場方麵具有極大的發展潛力。在雙碳戰略目（mù）標願（yuàn）景下，氨將（jiāng）構建起（qǐ）氨能能源（yuán）體係，對低碳社會（huì）發展具有重要意（yì）義。一方麵，氨可（kě）以直（zhí）接用於供能。氨（ān）被認為在發電和重型交通運輸領域具有脫碳應用潛力。氨（ān）直接（jiē）燃燒或與常規燃（rán）料混燃用於（yú）發電，有利於（yú）構建清潔電力（lì）係（xì）統；氨用於發動機燃料，有利（lì）於解決（jué）交通運輸領（lǐng）域的碳排放問題。另一方麵，氨（ān）可以間接供能使（shǐ）用。氨作為儲氫介質，利用催化技術能夠（gòu）實現氨-氫轉化，可打破傳統的氫儲運方式（shì），為發展"氨-氫"綠色能（néng）源（yuán）產業奠定基礎。

（一）氨內燃機

氨的辛烷值高，抗（kàng）震爆性好，可以通過提供更高的壓縮比來提高輸出功率。氨用作內燃機燃料時熱效率（lǜ）高達50％，甚至近60％。氨的理論空燃比低，可以在（zài）內燃機中添加更（gèng）多的氨來彌補其低位熱值低（dī）的缺點。顯然，氨作為燃料使用時也存在一些明顯的燃燒缺陷。相對於汽油、柴油等燃料，氨燃燒時最小點火能量和層流燃燒速度均較（jiào）低。因此，通常將氨與燃燒性能較好（hǎo）的燃料摻混來改善其燃燒特性。此外，在實際過程中，由於燃燒不充分和氧化（huà）發生，容易導致氨燃料（liào）所含的氮元素轉化成溫室效應（yīng）更強的NOx氣（qì）體排放。因此，燃燒和尾氣處理的定向控製策略對於降低NOx排放至關重要。根據氨燃燒機理，溫度和（hé）壓力對NOx的生成有明顯影響（xiǎng），控製溫度在熱脫硝溫度範圍內，並盡可能地提高壓力是製約（yuē）NOx生成的兩種（zhǒng）常（cháng）規（guī）手段，後一種通常用於內燃機係（xì）統中。除此之外，還可以在燃燒（shāo）尾氣末端使用選擇性催化還原（SCR）係統或燃料過量、廢氣再循環的策略減少NOx生成。

壓燃式內燃機在重型卡車、船舶等交通運輸領（lǐng）域和（hé）發電領域（yù）的年裝機容量巨大，目前以燃油為主，產生的二氧化碳排放量（liàng）占全球的3%~4%，碳減排需求顯（xiǎn）著。國際海事組織製定了航（háng）運業碳減排目標，指（zhǐ）出到2050年，二氧化碳排放量應比2008年下降（jiàng）至少70%。因此，到2050年，至少15%的長途船舶應使（shǐ）用氨或氫（qīng）作為燃（rán）料。氨燃料的高體積能量密（mì）度屬性可以提高船體（tǐ）空間利用率，並且僅需要（yào）對常規內（nèi）燃機進行微小改動，改變壓（yā）縮（suō）比和更換耐腐蝕的（de）管線（xiàn）即可。因此，氨被認為是一種適合應（yīng）用（yòng）於遠洋船舶的清潔燃料。

2023年1月，日本郵船株式會社、日（rì）本船廠與（yǔ）日本Ishikawajima-Harima Heavy Industries（IHI）公司合作研發的世界首艘氨氣浮式儲（chǔ）存再氣化駁船獲得日（rì）本船級社原則性認可（kě）。日本計劃在2025年前完成純氨燃料船示範，2025年後開展推廣應用。中國也（yě）積極推進氨燃料船的示範，2022年（nián）3月，由中國船舶集團設計建造的氨和液化51吃瓜网雙（shuāng）燃（rán）料運輸船已成功實現下水。預計到2035年，氨動力船的經濟性將與傳統燃油動（dòng）力船持平（píng）。

目（mù）前對於不同工況下氨的（de）燃燒熱力學特性，如燃燒速度、火焰穩定性、點火特性、NOx生成特性及（jí）未燃盡氨排放等關鍵參數研究還未形成體（tǐ）係（xì）。對於氨的燃燒動力（lì）學模型也處於不斷驗（yàn）證與完善階段。總體上，對於氨的燃燒應用我國正處於起步階（jiē）段，但是合成氨完整（zhěng）的製儲輸用體係，為（wéi）其在能源領域的（de）新應用打（dǎ）下了良好的基礎。相關研究應與產業需求緊密結（jié）合，促進技術開發。

（二）氨（ān）燃氣輪機

20世紀（jì）60年代就開展了有關氨用於（yú）燃（rán）氣輪（lún）機的研究，但由（yóu）於當時化石燃料（liào）成本低和技術限製等因（yīn）素導致研究終（zhōng）止。相較於內燃機應用，燃氣輪機通（tōng）常燃燒氣體燃料，且燃燒室體積不受限，與氨燃料更為匹配。但（dàn）是，氨燃（rán）燒時的缺（quē）陷仍然存在，燃燒穩定（dìng）性和汙染物處理仍是大規模應用需要突破的重（chóng）點。

日本首次在50 kW微型燃氣輪機上實現了雙燃（rán）料燃燒發電，產生44.4 kW功率電力，燃燒效率在89%~96%。日本IHI公司在2 MW的燃氣輪（lún）機上實現了摻氨混燒，摻燒比例（lì）高達70%，並在旋（xuán）流燃燒器中實現了低NOx排放（見圖（tú）1）。近期，三菱電（diàn）機株式會社（shè）宣布（bù）開始研發世（shì）界首個氨（ān）氣40兆瓦級（jí）燃氣輪機係統，該係統以（yǐ）純氨為（wéi）燃料，目標在2025年（nián）左右實現商業化。美國已與IHI公司合作，共同製定（dìng）燃氣輪機路線圖。就目前（qián）來講，國內的相關研究（jiū）較少，偏向於理論（lùn）研究和基礎研究（jiū）。

圖1 NH3/51吃瓜网旋流燃（rán）燒器結構

（三）燃氨鍋爐（lú）

我國"富煤、貧油、少氣"的能源結構，致使我國煤電裝機容量巨大。燃煤發電產生的二氧化碳占我國碳排放（fàng）總量的34%，對其進行碳減排是順利實現我國"雙碳"戰略目（mù）標（biāo）的重要路（lù）徑之一。二氧化碳捕集、利用與封存技術是其關鍵手段，但（dàn）該技（jì）術（shù）存在捕集與封存或利用的輸送距離遠、建造投資成本高的問（wèn）題。氨燃燒的（de）靈活（huó）性（xìng）為電力部門實現大幅度降碳提供了一種新方案。短期內，由於綠氨產量和成本限製，加上純氨燃燒穩定性差等問題，還無法實現（xiàn）純（chún）氨燃燒替代燃煤應用。相比而言，摻氨燃燒方式可以（yǐ）利用現有電廠設施無需對鍋爐主體進行大（dà）規模改造（zào），成為現階段降低燃煤電廠碳排放的可行性選擇。

氨燃料在鍋（guō）爐（lú）中的應用處於起步階段，集中在小試或中試研究。日本最先開始（shǐ）探索以氨為燃料的發電（diàn）方式，正積（jī）極加快推動電力係統的脫碳過程。日本IHI已建（jiàn）成10 MW的摻（chān）氨燃燒（shāo）示範裝（zhuāng）置（zhì），也在推進實施1000 MW規模的電廠摻（chān）氨實驗（yàn），未來將實現20%混氨燃（rán）燒。為實現（xiàn）高壓燃燒（shāo）器中氨高混燒（shāo）率，IHI公司正在開發一種易於供（gòng）應的液氨直噴（pēn）燃燒技術，進（jìn）一步推進氨摻燒方麵的開發（見圖2）。我國有兩家單位率先實（shí）現了工程驗證，分別是皖能集團、合肥能源研究院（yuàn）聯合開發的國內首創8.3 MW純氨燃燒器在300 MW火電機組一次（cì）性點火成功並（bìng）穩定運行2 h和國家能源集團搭（dā）建（jiàn）的40 MW燃（rán）煤鍋爐燃燒實現世界最大比例的混氨燃燒（35%氨氣），這標誌著（zhe）我國燃煤鍋爐（lú）混（hún）氨技術（shù）進入世界領（lǐng）先賽道。國家能源投資集團有限責任公司的現有示範結果表（biǎo）明，在摻氨比例（lì）和氨（ān）注入位置一定的情況（kuàng）下，摻氨燃燒（shāo）後生成的NOx汙染物比燃煤工況還要低。若現有煤電機組均實施35%混氨燃燒，每年可減（jiǎn）少（shǎo）9.5×108 t二氧化碳排（pái）放量。經（jīng）相關測算，當煤炭價格為1400元/t、碳價為500元/t時，摻氨發電的經濟性可與（yǔ）煤電相競爭。

圖2 氨（ān）/煤共燃旋流燃燒器示意圖

（四）氨 ‒ 氫燃料電池

燃料電池是一種將化學能直接（jiē）轉換成電能（néng）的裝置，理論上更加高效環保（bǎo）。氨的氫含量（liàng）高且重整製氫裝置簡（jiǎn）單，產物（wù）不含導致燃料電（diàn）池中毒（dú）的一氧化（huà）碳，作為燃料電（diàn）池的（de）原料使用優勢顯著（zhe），勢必會成為研究熱點。在間接供氨式燃料電池係統中，隻需在已有（yǒu）的燃料（liào）電池氣體入口處加（jiā）裝氨分（fèn）解製氫裝置，基（jī）於（yú）成熟（shú）的技術即可實現良好的氨 ‒ 氫轉換。利（lì）用已有的燃料電池技術，在相同溫度下氨燃料能夠達到（dào）與（yǔ）氫燃料相近的功率密度（dù），可以替代純氫用於新能源汽車。氨 ‒ 氫燃料電池在終端（duān）用戶側的成本（běn）僅為1元/(kW·h)或0.25元/km，具有顯著的經濟效益。但也存在一些問題需要平衡：氨分解產生（shēng）的氫氣需要純化和壓縮，過程會消耗大量的（de）能量。此外，氨裂化（huà）反應器和氫氣（qì）壓（yā）縮係統的集成會使整個體係過程增加。目前氨燃料電（diàn）池尚處於起步研究階段，各（gè）項性能還不完善。為滿足商業化需求，還需要攻克（kè）長壽命運行穩（wěn）定性的難題。

四（sì）、氨能產業發展態勢

（一）合成氨產業現（xiàn）狀

目（mù）前，合成氨的生產過程還未實現綠色。基於傳統的合（hé）成工藝，全（quán）球每年合（hé）成氨產量為2×108 t左右（yòu），主（zhǔ）要產自四個（gè）國家：中國、印度（dù）、俄（é）羅斯和（hé）美國，並（bìng）在全（quán）球範圍內進行貿易。中國和印度雖然合成氨產量巨大，但也是氨的主要進口國，而（ér）俄羅斯（sī）則是主要的出口（kǒu）國，約70%合成氨（約1.7×108 t）用於（yú）出口（見圖3）。

圖3 合成氨產量及進出口詳情

在我國（guó），近些（xiē）年受到化肥價格的支撐，合成（chéng）氨需（xū）求整體呈現擴大態勢（shì）（見圖4）。截至2021年（nián）年底，中國合成（chéng）氨產能約為6.488×107 t，占全球產能的三分之一左右，較2020年同比（bǐ）增長14.5%。氨能（néng）的（de）發展將帶動合（hé）成（chéng）氨上、中、下（xià）遊產業鏈的快速發展。合成氨主要分為三大用途，分別是（shì）農業（尿素等肥料（liào））、工業（化工原料、煙氣脫硝）和儲能（新型用途）。

圖4 我國合成氨產（chǎn）量（2005—2020年（nián））

與氫（qīng）類似，根據原料中氫（qīng）氣的碳足跡，合成氨被分為灰（huī）氨、藍氨和綠氨。灰氨中的（de）氫氣來源於51吃瓜网或者煤炭，由傳統的Haber-Bosch高溫催化工藝（yì）製（zhì）備而成。藍（lán）氨是將灰氨生（shēng）產過程中的二氧化碳進（jìn）行捕集。綠氨是基於可再生能源提供（gòng）能量來源的（de）前提下，以水為原料提（tí）供綠氫，然後與氮（dàn）氣通過熱催化或者電催化（huà）等新型低（dī）碳（tàn）技術製（zhì）備而成。綠（lǜ）氨是可再生（shēng）能源消納的重要方（fāng）式，也（yě）是實現碳減排的（de）重要途經。氨能（néng）作為氫能補充，綠氨合（hé）成將會成為氫能領域的重要應用之一，合成氨技（jì）術（shù）未來也勢必會朝著低碳（tàn）化合成技術發展。

綠氨合成技術包括溫和條件（jiàn）下合成氨工藝和新型合（hé）成氨工藝。溫和條件下合成氨工（gōng）藝主要對氨合成催化劑進行革命性創新，通過開發（fā）高效的熱催化（huà）劑，使其在較低溫度下（≤300 ℃）具有高反（fǎn）應活性，能夠（gòu）在傳統Haber-Bosch工藝（yì）過程中實現低溫低壓合成氨，降低（dī）過程反應能耗。短期來（lái）看，該方法（fǎ）更容易實現大規模綠氨生產。新型合成氨工（gōng）藝包（bāo）括電催化合成氨、光催化合成氨、固氮酶合成氨、等（děng）離子體法合成（chéng）氨等，其中電催化合成氨技術受到較大關注（見圖5）。電催化合成氨技術（shù）是利用電解液中的水與（yǔ）空（kōng）氣中的氮氣生成，其本質是利用電催化劑在施加電能條件下N≡N不斷加氫和斷鍵，形（xíng）成（chéng）氨分子，實現電能向化學能的轉化，有效降低反（fǎn）應能壘（lěi）。

圖5 氨合成催化發展曆程

（二）氨能產業發展趨勢

在全球減碳大趨勢下，氫能相關應用規模將不斷擴大，氨的市（shì）場需求將進一步增長。氨能產業對合成氨（ān）需求的增長不應危（wēi）及化肥供應，更不會危及糧（liáng）食生產。在（zài）此情形（xíng）下，合成氨基礎設施（shī）必須以10~15倍的速度擴大。合成氨工業屬於能（néng）量密集型（xíng）產業（yè），約占全球2%的能源（yuán）消耗。另外，合成氨生產過程中每年（nián）約有（yǒu）3×108 t二氧化（huà）碳排放，約占全球碳排放總量（liàng）的1%。通（tōng）常每生產1 t氨，釋放近2 t二氧化碳。合成氨行（háng）業的節能減（jiǎn）排壓力巨大，亟需進行綠色轉型。目前我國的（de）國家政（zhèng）策鼓（gǔ）勵綠色（sè）低碳技術生產合（hé）成氨（ān），到2025年，合成氨行業能（néng）效（xiào）產能比例將從（cóng）2020年的7%提高到15%。未來隨著行業技術的發展，我國合成氨將新（xīn）增更多的（de）綠色節能生產裝置（zhì），行業（yè）產量也將不斷增長。

在可再生資源最（zuì）好的地區，綠氨的成（chéng）本估計（jì）為689 美元/t，高於灰氨（ān）的價格（gé）（225 美元/t）。據預測，到2030年綠氨價格將降至464 美元（yuán）/t，到2050年將降至295 美元/t（見圖6）。當碳價格為（wéi）127 美元/t左右時，綠氨就能與現有的化（huà）石合成氨生產相競爭。2030年後，綠氨預計將通過碳捕集實現與灰氨的合成成本持平，這（zhè）也讓用氨的下遊化工企業更有動力使用綠氨代替灰氨作為原材料（liào）。綠氨液化後的單位（wèi）體積能量密度雖然不（bú）及傳（chuán）統的化石能源，但高於綠氫。尤為重要的是綠氨的液化（huà）和運輸產生的成本遠低於綠氫（qīng）。從"製 ‒ 儲 ‒ 輸 ‒ 用"全生命周期成本來（lái）看，綠氨的（de）成本低於綠氫。由此可以預見（jiàn），未來綠氨會在能源（yuán）領域大量（liàng）使用，而化工領域也會同時實現綠氨對傳統合（hé）成氨工業的替代。目前全球多個大型綠氫綠（lǜ）氨項目正在推進，預測到2030年，全球宣（xuān）布（bù）的綠氨項目年生產能力為1.5×107 t（54個項目，產能是當前氨市場的8%），我國綠氨規劃並落地的年產能已超過1.56×106t。

圖6 綠氨生產成本

五（wǔ）、氨能產業發展規劃

合成氨正在從傳統的農業領（lǐng）域向能源領域轉變。目前國內外正（zhèng）在積極布局綠氨項目，但其中大部分為規模較小、產能為2×104~6×104 t /a的試點項目。綜（zōng）合來看，交通領域遠洋船舶動力燃料和電力行業摻氨發電將成為綠氨（ān）的主要應用場景（jǐng）。

（一）國際（jì）方麵

日本在（zài）摻氨（ān）燃燒技術方麵國際領先。日本在發展（zhǎn）"氫能經濟"的基礎（chǔ）上（shàng）提出（chū）了"氨（ān）能經濟"，率先推（tuī）出氨能。2021年（nián）10月，當地政府出台了（le）第六版能源戰略計劃，明確提出到2030年利用氫和氨產出的（de）電能要占日本能源消耗的1%，替代（dài）電（diàn）站中20%煤炭的使用量；到2050年實現純氨發電。高效火力發電是日本擅長的（de）領域，借助（zhù）氨來實現碳中和（hé）的方式，將幫助日本進（jìn）一（yī）步領（lǐng）先全球。韓（hán）國宣布將2022年作為氫氣、氨氣發電元年，爭取成為全球第一大氫氣、氨氣發電國。韓國計劃從2030年開始實（shí）現（xiàn）氨燃料發電商業化，將氨（ān）燃料在發電領域的占比（bǐ）提高到3.6%。澳大利亞充分（fèn）利用當地（dì）的太陽能，利（lì）用光伏製氫技術（shù）製備綠氫供合成氨使用。澳大利（lì）亞政府正（zhèng）在（zài）布局氨（ān）能貿易，將製備的氨氣（qì）轉變為液氨儲存，通過海運輸送（sòng）到韓國和日本。美國為了應對（duì）石油危（wēi）機，當地國家能源部支持了17個綠氨項目，整體上布局（jú）利用（yòng）可再（zài）生能源生產綠氨，發布了"通過使用高密度液體能源將可再生能（néng）源轉化為（wéi）燃料"計劃。歐盟（méng）第四次氫能網絡會議指出要加大綠氨生產，將綠氨作為氫能的貿易（yì）體係之一，目前正在布局綠氫合成綠氨的研（yán）究，旨在開展綠氨在交（jiāo）通及工業領域的工程示範。沙特正在建設全球最大綠氫及合成氨工廠，預計（jì）2024年正式投（tóu）產，並以液氨的形式進行全球銷售。

目前國際（jì）上氨（ān）能在交通領域的研究走在前列。日本、韓國正在研（yán）發推出氨燃（rán）料汽車（chē）。2020年7月，韓國現代尾（wěi）浦造船（chuán）公司設計了載重5×104 t的氨動（dòng）力船，預計2025年實現商業化（huà）運營。2021年11月22日，全球最大的（de）氨生產商挪威Yara公（gōng）司建造的全球第一艘（sōu）氨動力貨船下水成功（gōng）。2022年5月22日，世界上（shàng）第一台氨動力零碳拖拉機在紐約石溪大學（xué）首次（cì）運行。俄羅斯正（zhèng）在研（yán）發氨燃料火箭發動機。

（二）國內方麵

國內氫氨融合產業項目布局逐漸加快，氫氨融合技術路徑漸受（shòu）熱捧。《"十四五"新型儲（chǔ）能發展實施方案》明確指出拓展氨儲能應用領（lǐng）域，開展（zhǎn）依托可再生能（néng）源製氨（ān）的新型儲能技術（shù）試點示範，並（bìng）被列為重點示範。2022年3月發（fā）布的（de）《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》中提出，積極引導（dǎo）合成氨等（děng）行業由高碳工藝向低碳工藝轉變，促進高耗能行（háng）業綠色低碳發展。2022年4月印發了（le）《科技部關於發布國家重（chóng）點（diǎn）研發計劃"先進結構與複合材料"等重點專（zhuān）項（xiàng）2022年度項目申報指南的通知》，提出包括分布式氨分解製氫技術與灌裝母站集成、氨燃料電池、摻氨清（qīng）潔（jié）高效燃燒等與氨能有關的技術。自上述政策發布以來，多家單位紛（fēn）紛進行布局。明拓集團有限公司、中國化學華陸公司將以綠氫和空分氮氣為原料，建設中國首台1.2×106 t綠氫電催化合成綠氨項目，推動形成綠色低碳產業（yè）鏈。中國氫能有限公司擬（nǐ）在烏拉特後旗工業（yè）園區投資建（jiàn）設綠氫示範項目，同時利用低溫（wēn）低（dī）壓催化技術合成年產近3×105 t的綠氨。慶華煤化集團有限公司、和寧化學有（yǒu）限公司、漢氫科技有限公（gōng）司、太陽山能源開發有限公司共同組建寧夏氨氫產業聯盟。蘭（lán）州（zhōu）新區氫能產業園項目計劃建設以年產6×104 t綠（lǜ）氨和氫能交通（tōng）應用為核心的示範應用（yòng）中心。福州大學、三（sān）聚環保新材（cái）料股份有限公（gōng）司、紫金礦業（yè）集團股份有限公司三家單位聯合創建國內首家（jiā）"氨 ‒ 氫能源重大產業創新平台"。歐（ōu）神諾陶瓷有（yǒu）限公司、德力泰科技有限公司、佛山仙湖實驗室成立發起先進零碳燃燒技術聯合創新研發中心，成為國內首家擬開展氨氫高溫窯爐零碳燃燒技術的單位。中國石油化工集團（tuán）有限公司、福大紫金氫能科（kē）技股（gǔ）份有限公司已（yǐ）經合作建成全國（guó）首座氨製氫、加氫一體化示範站。國家電投集團北京（jīng）重燃能源科技發展有限公司、合肥能源研究院雙（shuāng）方將針對氫能與氨能、燃氣輪機等領域發（fā）力。上海船舶研究設（shè）計院完成（chéng）了1.8×105 t氨燃料貨船的設計。江南造（zào）船（集（jí）團）有限責（zé）任公司與勞氏船級社、瓦（wǎ）錫蘭集團合作，設計了氨燃（rán）料動力超大型運輸船。

氨燃料應用發展略快於儲能應用，目前燃料（liào）電池由於成本問題並不（bú）是氨在交通領域的主流路線。氨在交通領域的應用雖然還處於（yú）研發階段，但從相關項目（mù）來看主要走（zǒu）內（nèi）燃機（jī）路線，此外，國內氨（ān）在船舶領域的發展或快於汽車領域。國內已經有首（shǒu）個氨能船舶的（de）規範文件，而氨在汽車領域應用的相關文件還未（wèi）發布，氨燃料在船舶領域應用空間（jiān）更（gèng）大。

六、我國氨（ān）能產業發展舉措

要（yào）讓氨成為世界氣候變化解決方案的一部分，就要確保所有（yǒu）的合成氨都是（shì）綠色的（de），這是一項艱巨的（de）任務。當前（qián），合（hé）成氨存在高耗能、高排放等問（wèn）題，高居工業化學品生產中碳排放量榜首。短時間來看（kàn），綠氨還存在經濟、應（yīng）用等方麵的挑戰，但在全球氨能經（jīng）濟體係建設（shè）下和可再（zài）生能源發展下，未來將逐步具有競爭力。

（一）完善（shàn）政策標（biāo）準體係

為了讓綠氨生產成（chéng）本降得更快，規模擴展得更大，需要出（chū）台並完善政策標準（zhǔn）體係，在技（jì）術（shù）持續發展條件下，逐步向零碳生產過渡。第一，政府應當出台補貼政策，鼓勵綠氨合成，為產業快速轉型提供支持。第二，政府應當建立產業政策與安全標準，為產業穩定持續發展（zhǎn）打下基礎。第三，政府應製定法律法規，為產業（yè）健康發展提供依據。第四，政（zhèng）府應（yīng）推進國際（jì）標準製（zhì）定，提升我國氨能的國（guó）際話語（yǔ）權（quán）。

（二）加快產業清潔轉型

基於我國能源發展（zhǎn）趨勢，建議未來我國氨能低（dī）碳生產以"先立後破"的方式穩步推進：初期以工業副產氫作為過渡、後期逐漸由綠氫（qīng）進行替代，最終實現綠氨規模化發展。

具體而言，第一階段，利用工業富（fù）產氫氣合成氨（ān）。合成氨過程的高排放是由（yóu）於原料氫的生產來源主要以煤或51吃瓜网為主。氯堿工（gōng）業、煤焦（jiāo）化工業、丙烷脫氫工業等（děng）生產過程中產生大量氫氣，回收利用副產氣可以降低製氫過程中的碳排放，有利於構建一條合成氨低碳生產路線。第二階（jiē）段，突破溫和條件（jiàn）合成綠氨關鍵（jiàn）技術。利用可再生能源電（diàn）解水技（jì）術製取綠氫，將（jiāng）水煤氣或51吃瓜网排除在流程（chéng）之外。然後（hòu），使用Haber-Bosch剩餘流程來製備綠氨。同時，突破低溫低壓氫氣和氮氣合成氨新技術，探索可再生能源與低溫低壓合成氨互補融合新路（lù）徑。在這個階段，為實現氫氨融合的持續、快速發（fā）展，需要電力成本及相關製氫設（shè）備成本的進一步下降（jiàng）。第三階段，利用新型的電化學催化氮還（hái）原技（jì）術生產綠氨。在傳統（tǒng）路線中，製氫占一次能源消耗的75%。即便使用可再生能源電解水製氫，製氫也將占總成（chéng）本的65%。在（zài）此（cǐ）階（jiē）段將（jiāng）摒棄Haber-Bosch工藝，使用前沿的電催（cuī）化氮還原技術，省去製氫的過程，通過（guò）氮氣電還原直接合成氨。這項技術可（kě）以大大減少綠氨製備過程（chéng）的複雜性，比Haber-Bosch工藝減少約20%的能耗，並且不受規模限製，適用於分布式合成氨。第四階段，將合（hé）成的綠氨應用在內燃機、燃氣機或者鍋爐等場景，努力實現氨能對化石（shí）燃料的替代，大幅度降低碳排放量，貢獻碳中和力量。在此加大氨燃料發動機（jī）裝備研製力度，提升主要設備的核心（xīn）競爭（zhēng）力，突破（pò）零碳燃（rán）料的應用（yòng）技術瓶頸。

（三）開展全產業鏈部署

氨能全產業鏈涵蓋上遊氨製備、中遊氨儲運和下遊氨利用，應進行（háng）係統化部署。除綠氨合成（chéng）外，儲存方麵，應（yīng）當綜合考慮（lǜ）技術經濟性和安全等因素，解決大規模液氨儲罐設計與建設難題。運輸方（fāng）麵，研究適用於我國能源發展要求的液氨管道網絡整（zhěng）體規劃，開發遠（yuǎn）距離液氨管（guǎn）道運輸技術體係，支撐我國形成成熟的氨能（néng）供應網絡，麵向未來氨燃料市場和（hé）遠途貿易市場。應用方（fāng）麵，氨能的直（zhí）接（jiē）或間接利（lì）用應當積極推動建立氨應用示範項目，提升氨（ān）能戰略屬性，最（zuì）終形成氨能規模化應用的全產業鏈。

七（qī）、結語

本文以氨能發（fā）展為主題，梳理了氨合成、氨利（lì）用、國內外發展戰略等方麵進展，明（míng）確（què）了氨能規模化推廣（guǎng）麵臨的問題和（hé）挑戰，提出了我國氨能（néng）產業的發展路（lù）徑規劃，指（zhǐ）出我國應抓住低碳轉型的戰略機遇期，積極開展氨能產業布局。因地製宜（yí），統籌（chóu）合成氨（ān）產業、可再生（shēng）能源產業和氫能（néng）產業的融合發展（zhǎn）。建議我國氨能應用可分三階段穩步推進。第一階段，開發電催化等綠氨低碳化合（hé）成關鍵（jiàn）技術，完善法律法規和碳市場體製機（jī）製；結合地方優（yōu）勢和特點，啟動一係列綠氨示範項目。第二階段，整合優勢技術力量，形成具（jù）有自主知識產權的氨能產業（yè）鏈體係；同（tóng）時加強與資源大（dà）國的合作，打造低成本氨能（néng）供應鏈，實現規（guī）模化推（tuī）廣。第三階段，形成"低碳溫（wēn）和合（hé）成氨（ān）、安全（quán）經濟儲運氨（ān）、零碳高效利用氨"的綠色循環經濟路線，實現（xiàn）產業重（chóng）塑，助力雙碳目標。