什么是绿氨？
在整个氨的生产过程中，能源由可再生电力（绿电）驱动，无二氧化碳的产生，同时绿氨燃烧后生成氮气和水，不产生二氧化碳，所以被认为是“零碳”燃料，是未来重要的清洁能源之一。“石油危机”、“能源危机”、全球气候变化问题的频繁发生，绿氨不但能作为卓越的天然制冷剂与中低温余热回收发电介质，同时又能在燃料电池、能源交通等战略行业大显身手，成为全球能源工业不可或缺的一部分。
1.绿氨的优势
第一，氨（NH3）相对氢来说更容易运输和储存。氨更容易被液化和储运，储存和运输所需的能量更少，兼容多样化运输材料，同时由于氨具有特殊的气味，可为其潜在的致命泄露提供早期预警。
第二，液氨是一种比液氢本身更有效且能量密度更高的氢载体。液氨的比重与汽油相近，其燃烧值仅为汽油的一半，但氨的辛烷值却远高于汽油，可大大增加内燃机压缩比以提高输出功率。氨内燃机的热效率可达50％以上，因此在多行业中成为可取代传统化石能源的燃料。
第三，氨是最重要的化学原料之一。氨是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料，也是药物直接或间接的成分。氨燃烧过程中不会产生温室气体二氧化碳和硫化物， 氮氧化物可通过技术催化分解，避免空气中氮氧化物浓度升高，加重大气污染。
绿氨作为一种具有战略价值的清洁能源，为实现新型能源体系建构、加快碳中和进程提供了新选择，一场“绿氨经济”之风正在全球加速蔓延。
2.全球主要国家绿氨发展现状
目前全球绿氨制备仍处于技术探索阶段，产业规模化仍有待时日。从全球范围来看，2021年绿氨市场规模约为3,600万美元，2030年预计将达到54.8亿美元，年均复合增长率达74.8%，潜力十分可观。
2023年全球氨产能为1.939亿吨，化肥生产用途约占产量的78%。2022年全球合成氨总产能达到2.25亿吨/年，产量为1.82亿吨，装置平均产能利用率为80.9%。全球合成氨产能主要集中在中国、俄罗斯、美国、印度和欧洲地区，产能合计占比超过三分之二。其中，中国合成氨产能6760万吨/年，产量6101万吨，装置平均产能利用率为90.3%。
2.1日本大力发展氨燃烧技术
2020年底，日本“绿色增长战略”行动计划重点提及了氨能：到2050年，氢气和氨气发电将占日本总能源产量的10%左右；2025年可将氨含量为20%的燃料投入实际应用；2040年实现100%的氨燃烧火力发电技术的开发。
日本受限于本土能源储量，脱碳之路需要探索发展可再生能源，通过氨与煤炭进行混烧，并逐步提高混烧比例，最终实现氨专烧发电。
2.2欧洲国家加大绿氨生产
2020年11月24日，欧盟第四次氢能网络会议提到要不断增加绿氨的生产。
欧洲绿色氨市场预计将拥有全球最大的市场份额。欧洲能成为全球最大的市场，原因在于其可再生能源和电解槽成本的下降，使得传统的合成氨生产向绿色合成氨生产转变成为可能。此外，海洋经济产业的变革，特别是航运业转向清洁能源以减少排放的压力，为绿色氨生产商提供了获得更多收入的途径。
此外，欧洲在绿色氨技术的研发和应用方面也处于领先地位。例如，欧洲的创新项目将超过4GW的太阳能和风能作为能源基础，通过电解法日产650吨氢气，利用空气分离法生产氮气，最终年产120万吨绿色氨。这个项目定于2025年投产，显示了欧洲在绿色氨技术产业化方面的积极进展。
2.3韩国氨燃烧发电提上日程
2020年12月7日，韩国产业通商资源部主持召开的“第二次氢气和氨气发电推进”会议上，韩国政府宣布将2022年作为氢气-氨气发电元年，并制定发展计划和路线图，投入资金建设氢-氨生产基础设施，于2023年前制定《氢气和氨气发电指南》，力求打造全球第一大氢气和氨气发电国。
2021年11月17号，韩国能源部表示到2027年将完成氨作为无碳发电燃料的研究和测试，从2030年开始实现氨燃料发电商业化，并将氨的使用比例提高到3.6%，以减少在电力生产中对煤炭和液化天然气的依赖。
2.4中国加大氨储能研发力度
2022年1月29日，国家发展改革委国家能源局关于印发《“十四五”新型储能发展实施方案》的通知提到，要加大关键技术装备研发力度推动多元化技术开发，开展储能环节关键核心技术、装备和集成优化设计研究，这其中包括氨储能。
中国合成氨市场规模为千万吨级，规模位居全球第一。受国家双碳战略和供给侧改革的影响，传统合成氨向绿氨过渡已是必然趋势。2022年2月，国家发改委等四部委联合发文《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》， 2022年3月发改委和能源局发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》均提出要加快发展绿氨。合成氨市场将由传统合成氨向绿氨转移，绿氨的市场规模必将得到进一步释放。
2.5澳大利亚持续推进氨能发展
2020年9月，澳大利亚氨能源协会（AEA Australia）分会举办了第二届“氨-氢2.0会议”，会议提出要加强政府与行业之间的合作关系，行业和政府共同出资设立氨生产技术研发中心，与日本和新加坡等国家建立绿氨有关的能源安全合作。
3.绿氨的未来应用场景
绿氨作为清洁能源，未来应用场景多种多样，主要包括固碳载体、储氢载体、能源载体等。
3.1固碳载体：绿氨生产过程接近“零碳”，同时绿氨在船用燃料、绿色发电等行业有巨大前景，有助于“双碳”目标的加速实现
2021年我国合成氨碳排放量约2亿吨，合成氨自身生产减排成为了重点，而经由绿电、绿氢产生的绿氨能够实现接近“零碳”排放。
绿氨将是未来航运业脱碳的主力燃料之一，在2030-2050年间，氨能作为航运燃料的占比将从7%上升为20%，取代液化天然气等成为最主要的航运燃料。
航运业的碳排放目前占全球温室气体排放量的3%，主要是由船舶柴油和高硫燃料的高消耗造成的，绿氨能源的产生有助于海运业来实现近零排放。
绿氨燃料目前生产成本较高，推进其产业化进程的同时还存在体积能量密度低、氮氧化物排放、有毒高腐蚀等亟待解决的问题。
氨的体积能量密度较低。与传统车船燃料相比，为使船舶、车辆达到相同的续航里程，氨燃料所需要的燃料约为传统燃料的3倍。
氨着火温度高，燃烧不易，需要其他燃料引燃。氨燃烧将会产生较多氮氧化物，需要针对性的进行催化处理。
氨具有一定的毒害性。人体直接接触氨会烧伤皮肤，吸入会造成呼吸道损伤，高浓度的氨会引起氨中毒甚至危及生命。
氨具有腐蚀性。接触氨与空气混合物会引起船舶货舱、车身钢架的腐蚀，因此需要有针对性地选择合适的氨燃料舱材料。
3.2储氢载体：绿氨作为储运氢的载体，可实现氢的低成本远距离运输
氨比氢更容易液化，常压下氨可在-33℃液化，而氢气则需要低于-253℃才可以进行液化，且同体积的液氨（NH3）比液氢(H2)多至少60%的氢。
氨的储运基础设施完善。氨有管道、船舶等多种运输方式，其中通过液氨远距离运输氢的成本低于通过管道和轮船。由于氨通过在农业领域较为成功的大规模商业化，已经拥有了成熟的规模化生产和运输基础设施，存储和运输成本更低。
氢作为清洁能源具有较大发展潜力，是未来国家能源体系的重要组成部分，氨在-33℃或1MPa条件下液化，加氢/脱氢成本占比85%以上，对运距不敏感，适用于大宗氢气中长距离储运，尤其是远洋运输，是未来氢气储运最具潜力的方式之一。
3.3能源载体：氢-氨燃料电池和掺氨燃烧发电，可实现清洁电力架构的革新
氨的氢含量高，同时重整制氢装置简单，作为燃料电池的原料使用竞争力强，可实现零碳排放。
利用目前的燃料电池技术，在相同温度下氨燃料能够达到与氢燃料相近的功率密度，可以替代纯氢用于新能源汽车。
氢-氨燃料电池目前受制于技术，可预见的是技术突破后商业化成本低，经济效益显著。
中国燃煤发电产生的二氧化碳排放量占二氧化碳排放总量的1/3左右，减少燃煤发电二氧化碳排放，推进火电机组掺烧氨或纯氨等低碳燃料是发电领域碳减排的重要技术方向。掺氨燃烧可以利用现有电厂设施，无需对锅炉主体进行大规模改造，成为现阶段降低燃煤电厂碳排放的可行性选择。
4.绿氨产业发展趋势
在全球减碳大趋势下，氨的市场需求进一步增长。合成氨生产过程中产生的碳排放约占全球碳排放总量的1%，节能减排压力巨大，亟需进行绿色转型。目前我国的国家政策鼓励绿色低碳技术生产合成氨，预计到2025年，合成氨行业能效产能比例将从2020年的7%提高到15%。随着行业技术的发展，我国合成氨将新增更多的绿色节能生产装置，行业产量也将不断增长。
2030年后，绿氨预计可通过新技术如碳捕集实现与灰氨的合成成本持平，这也让用氨的下游化工企业更有动力使用绿氨代替灰氨作为原材料。从“制-储-输-用”全生命周期来看，绿氨的成本显著低于绿氢。可以预见的是，未来绿氨会在能源领域大量使用，从而加速实现能源体系的转型。
氨作为可运输可再生能源的主要载体的潜力显而易见，能够在未来的大部分领域取代化石燃料，成为可再生能源技术的核心组成部分之一，通过广泛而深刻的技术变革，由基于化石燃料的能源经济转变为基于氨燃料的绿色经济，推动人类社会从“工业文明”向“生态文明”迈进，为实现能源结构快速调整、加快碳中和进程提供了新方向。
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