導(dǎo)讀

眾所周知，氨是化肥，也就是氮氣和氫氣合成的氨，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工、制藥等行業(yè)，全世界已有大規(guī)模生產(chǎn)。全球氨氣的年產(chǎn)量達(dá)到1.8億噸，而且液氨運輸?shù)募夹g(shù)和安全規(guī)范已經(jīng)非常成熟。一般來說，氨很難和清潔能源聯(lián)系起來，但是一些政府和企業(yè)正在重新開發(fā)氨的應(yīng)用，將其向清潔能源轉(zhuǎn)化，并逐步建立起氨能市場。本文將通過分析氨能發(fā)展的歷史背景和產(chǎn)業(yè)鏈布局，進(jìn)一步預(yù)測氨能產(chǎn)業(yè)未來前景及市場空間，帶您一起探秘綠色能源新“戰(zhàn)場”。

(資料圖片)

劉俞毅 穩(wěn)正資產(chǎn)投資副總裁 專注于新能源產(chǎn)業(yè)鏈的投資

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既是氫能載體，又是零碳燃料，氨能被作為綠色新能源進(jìn)行研究

“雙碳”達(dá)標(biāo)目前是推動能源技術(shù)革命的最大驅(qū)動力。氫能是實現(xiàn)“雙碳”達(dá)標(biāo)的重要技術(shù)途徑，它的來源豐富，可以利用光伏、風(fēng)電通過電解水制氫。氫既可以通過燃料電池來發(fā)電，也是一種高溫燃料，所以它是具有高熱值、高能量轉(zhuǎn)化性、無毒性的、可再生、可持續(xù)的理想清潔能源。

但氫能的使用成本居高不下，據(jù)未來智庫測算，2020年我國氫能總成本約為60-80元/kg，距離30元/kg的可商用價格相距甚遠(yuǎn)。除了成本的挑戰(zhàn)以外，氫能還有儲運方面的諸多難題。氫氣非?；顫姡诤涂諝饣旌弦院?，容易產(chǎn)生燃燒和爆炸。同時，氫是元素周期表中最小的原子，在高溫、高壓下可以穿透鋼板，因此對儲存材料的要求非常高。氫氣的液化溫度達(dá)到-253℃，因此液氫的制備過程能耗很大，安全儲運液氫成本高、技術(shù)難度大。

圖1：作為綠氫補(bǔ)充的綠氨生態(tài)（來源：網(wǎng)絡(luò)）

因此如何儲氫成為重要的研究方向，氨能的特性使它進(jìn)入國內(nèi)外儲氫介質(zhì)研究者的視線中，國內(nèi)外有一些研究把氨能作為儲氫的一個介質(zhì)?，F(xiàn)在人們把氨作為一種新能源進(jìn)行研究，主要是基于兩個考量：一是作為儲氫介質(zhì)，同時它還是一個零碳燃料。

氨的新能源功能之一是作為氫能載體，1個氨含有3個氫和1個氮。氨很容易液化，只要-33℃就可以液化，或者在常溫下10個大氣壓就可液化；氨的點火溫度比氫高很多，相對氫氣要更安全，方便運載。大家在公路上可以看到運氨的車，也可以通過管道運輸?，F(xiàn)在的研究思路是氨合成后，一部分用于化肥，另一部分可作為氫能的載體運輸。氨的裂解也是非常成熟的技術(shù)，加溫后變成氮氣和氫氣。

氨的另一個新能源功能是作為零碳燃料。氨本身是一種零碳化合物，同時它的能量密度很高，是液氫的1.5倍，它和氧的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物是水和氮氣。氮氣約占空氣78%，氮氣本身并不是一個有害氣體，所以氨燃燒是零碳排放。但是氨氣作為燃料應(yīng)用的研究相對較少，全世界目前已知的能高溫燃燒的燃料絕大部分都是化石燃料，是含碳的燃料。真正不含碳并具有實用性的燃料只有兩種，就是氫和氨。但是氨氣燃燒有自己的特點，氨不容易燃燒，這對安全儲運是一個優(yōu)點，但對利用氨能作為燃料增加了技術(shù)挑戰(zhàn)。對氨燃燒技術(shù)，國外做了一些研究，國內(nèi)做得還不夠。

02

氨能全產(chǎn)業(yè)鏈展望，漸進(jìn)式達(dá)成雙碳目標(biāo)

如下圖2所示，利用綠氫/氨替代含碳化石能源的氨能燃料利用技術(shù)路線是指使用氨作為儲氫介質(zhì)，使用成熟的氨儲存和運輸網(wǎng)絡(luò)，在終端應(yīng)用上大力發(fā)展氨燃料動力裝置，從而漸進(jìn)式達(dá)成碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)。

圖2：氨能全產(chǎn)業(yè)鏈展望（來源：網(wǎng)絡(luò)）

最上游通過綠電（光伏、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能、水能）制取綠氫，氫氣再與氮氣合成氨氣，氨氣依托于現(xiàn)有成熟的汽車、輪船及管道運輸方式，運送到各個具體使用地。下游可以通過氨裂解重新制取氫氣，或者對氨進(jìn)行直接使用。從終端上來看，氨可以用于氨能發(fā)動機(jī)汽車、合成化肥、作為燃料用于發(fā)電和供暖。通過綠色能源-電解制氫能-合成氨能-裂解制氫能/直接氨能-終端場景能源的使用，從而實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的零碳排放。

03

國外氨能發(fā)展迅猛，各國政府相繼出臺產(chǎn)業(yè)扶持政策

日本在2014年啟動日本重整戰(zhàn)略，能源載體重大計劃提出三個比較有可能成為氫能儲運載體的技術(shù)：1、液氫；2、有機(jī)化合物合成的含氮有機(jī)化合物；3、氨。2021年4月，日本政府計劃到2050年，氫氣和氨氣發(fā)電將占日本總能源產(chǎn)量的10%左右；2023年之前將突破燃煤火力發(fā)電廠混合氨燃燒技術(shù)；2025年可將氨含量為20%的燃料投入實際應(yīng)用；2040年實現(xiàn)100%的氨燃燒火力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)。

韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部2021年12月7日主持召開的第二次氫氣和氨氣發(fā)電推進(jìn)會議上，韓政府宣布將2022年作為氫氣氨氣發(fā)電元年，并制定發(fā)展計劃和路線圖，力求打造全球第一大氫氣和氨氣發(fā)電國。會議宣布，政府明年共將投入400億韓元用于有關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并于2023年前制定“氫氣和氨氣發(fā)電指南”，推廣有關(guān)技術(shù)在LNG發(fā)電站使用。

澳大利亞氨能源協(xié)會（AEA Australia）分會于2020年9月舉辦了第二屆“氨=氫2.0會議”。會議上提出：要加強(qiáng)政府與行業(yè)之間的合作關(guān)系；為氨動力船舶稅收開設(shè)安全培訓(xùn)課程；行業(yè)和政府共同出資設(shè)立氨生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)中心；與日本和新加坡等國家建立綠氨有關(guān)的能源安全合作。

04

中國氨能研發(fā)力度加強(qiáng)，政府大力推動多元化技術(shù)開發(fā)

中國是世界上氨氣產(chǎn)量最大的國家，因為中國是農(nóng)業(yè)大國，化肥需要氨。氨的價格在市場上稍低于天然氣價格，氨3500-4000元/噸，3-4元 /公斤，這個價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氫，氫現(xiàn)在約60多元/公斤。目前我國的合成氨多是用煤和天然氣制備，在高溫450度、200個大氣壓下制備。氨的合成有100多年歷史，技術(shù)非常成熟，但是目前它面臨的問題是，所用的氫是化石能源制備的灰氫，所以氨是灰氨，不能減少碳排放。如何用綠氫合成綠氨，這是下一步的挑戰(zhàn)。氨的合成里面70-80%的成本來自于氫，所以氫、氨是緊緊連在一塊的兩個技術(shù)，要想把綠氨用廉價的方式制出來，必須要有廉價的綠氫。

2021年12月10日，福州大學(xué)舉行了綠色能源重大產(chǎn)業(yè)項目戰(zhàn)略合作簽約儀式，該校江莉龍研發(fā)團(tuán)隊率先實現(xiàn)了新型的低溫“氨分解制氫”催化劑的產(chǎn)業(yè)化，探索了以氨為氫能載體的顛覆傳統(tǒng)高壓儲氫方式，為發(fā)展“氨-氫”綠色能源產(chǎn)業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2022年3月15日，國家自然科學(xué)基金委員會交叉科學(xué)部擬設(shè)立“重型車輛氨氫融合零碳動力系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”專項項目，項目旨在解決車用氨燃料點火難、燃燒慢及動態(tài)控制復(fù)雜等問題，為重型運載車輛氨氫融合燃料復(fù)合動力系統(tǒng)零碳排放技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2022年3月21日，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布關(guān)于印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》的通知。到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段、具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件。氫儲能、熱(冷)儲能等長時間尺度儲能技術(shù)取得突破。將加大關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)力度，推動多元化技術(shù)開發(fā)，開展氫(氨)儲能等新一代高能量密度儲能技術(shù)。

結(jié)論

隨著國內(nèi)光伏和風(fēng)電的成本逐年下降，綠氫的成本未來有望與灰氫和藍(lán)氫持平甚至更低，光伏制氫將成為主流的制氫技術(shù)路線。但是氫氣因為其本身的物理性質(zhì)，難以儲存和運輸，所以到終端應(yīng)用時儲運成本占了氫氣最終售價的很大一部分，嚴(yán)重制約了氫能的發(fā)展和應(yīng)用。氨作為氫的儲運介質(zhì)，很好地解決了氫能大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸問題，并且氨作為一種燃料也可以被大規(guī)模應(yīng)用于發(fā)動機(jī)、發(fā)電、發(fā)熱領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用場景和廣闊的市場空間。