氨作为一种“无碳”清洁能源，为实现能源结构快速调整、加快碳中和进程提供了新选择，许多国家积极开展绿氨技术研究并规划产业布局。我国氨的生产、储运、供给等环节已成体系，拥有良好的合成、利用基础条件，未来全球氨能产业将占据重要地位。
1.氨的简介
氨，化学分子式为NH3，常温下是一种无色气体，易挥发，可燃，具有强烈刺激性气味。氨是世界上产量最多的无机化合物之一，可用于生产硝酸、化肥以及制冷剂等，其中80%的氨用于化肥生产。
2.合成氨消费量
全球合成氨消费总量为1.75亿吨/年，其中中国、东欧、南亚、美国和中东地区居世界合成氨消费量前五位，合计占比为72.9%。国际合成氨消费主要在化肥领域，占总消费量的比例达81.6%，其中尿素作为最大的消费领域，消费占比约为54.2%，工业用合成氨的占比也在增加。预计到2025年，全球合成氨消费量达到近2亿吨/年。
国内合成氨消费结构与国际类似，化肥领域消费占比达到80.0%。近几年，化肥领域氨消费量达到顶峰导致合成氨消费量增长放缓。化肥领域消费合成氨占比呈现下降趋势，工业、储能等领域氨消费量逐渐增加。工业用氨将在2035年达到顶峰，占比约54%，再逐年下降，到2050年占比为30%，与2020年水平基本持平；储能用氨将是未来合成氨产业发展的主要动力，在2030年后进入快速发展期，到2050年达到50%的占比。
3.氨的来源
合成氨按照原料来源为棕氨、蓝氨和绿氨等3种。棕氨以煤、天然气等传统化石燃料为原料，生产中伴随大量的二氧化碳排放。蓝氨与棕氨类似，由化石能源制取，但不同的是，蓝氨通过CCS技术对生产过程中释放的CO2进行捕获和封存，二氧化碳排放量相比减少约85%。绿氨以氢气为原料，利用可再生能源电解水制备H2，再与N2进行氨的合成。采用该方法，可在氨的全生命周期内实现“零碳”排放。
国际上合成氨以天然气为主要生产原料。由于我国富煤少气的能源结构特点，国内合成氨以煤为主要原料,占总产能的77%。每吨氨需要排放超过4.5吨二氧化碳，其中生产过程排放占2/3以上。近年来受国内淘汰落后产能以及能耗双控等影响，煤制合成氨产能有所下降。在未来工业、储能领域需求增加和节能减排的双重作用下，合成氨产能将由棕氨向绿氨转型，逐渐形成以绿氨为主的产业格局。
国内外正在积极开展绿氨技术的研究和应用，主要包括先进合成氨工艺和催化剂、新型低温低压合成氨工艺和催化剂、前沿的合成氨工艺等。作为绿氨生产关键原料绿氢，其制备技术逐渐成熟，同时高压气态储氢和液氢储氢技术在国内已规模应用。风、光等可再生能源发电成本不断下降，上网发电量逐年攀升，制氢设备能耗指标不断降低，可再生能源发电制取“绿氢”的成本不断下降。据预测，2030年可再生能源制氢成本有望与化石能源制氢平价，2050年可再生能源制氢将成为主流的制氢技术。
目前全球已布局超过60个绿氨项目，如美国能源部REFUEL计划、智利Trammo100万吨绿氨项目、丹麦5000吨绿氨示范项目、葡萄牙绿氢/绿氨项目、澳大利亚AREH项目等，全球绿氨规划总产能超过1500万吨/年。国家能源集团、国电投、远景能源、吉能股份、中国氢能、明拓集团等为代表的企业积极投资布局风光电氢氨一体化项。项目主要分布在西北、东北等可再生资源丰富的地区，全国规划绿氨项目总产能约380万吨，其中内蒙古2022年公布的绿氨产能约180万吨。部分项目获得备案，正在融资和筹建阶段，预计2025-2026年陆续投产。
4.氨的用途
氨的用途日渐多样化，除了作为工业原料，还可以作为储氢载体、发电厂燃料、航运无碳燃料等诸多领域。
（1）储氢
液氨比液氢具有更高的体积能量密度，体积载氢效率是氢气的1.5倍。氨气在常压下-33℃就可以液化，而氢气需要低于-253℃。另一方面，氨的工业化生产和应用已经有百余年的历史，技术体系和储运基础设施完备，有管道、船舶、公路拖车等多种运输方式。以液氨作为储氢载体，远洋运输1kg氢的成本为0.1～0.2美元，低于通过管道或轮船运输渠道，有望成为未来氢气储运的最佳方式之一。
（2）发电
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。2022年国家能源集团以35%掺烧比例在40MW燃煤锅炉上实现了混氨燃烧工业应用。结果表明在掺氨比例和氨注入位置一定的情况下，燃烧后生成的氮氧化物比燃煤工况还要低。若现有煤电机组均实施35%混氨燃烧，每年可减少二氧化碳排放9.5×108吨。
（3）航运无碳燃料
船舶运输是国际贸易的主要货运形式，其承担了全球贸易运输总量的90%以上。据统计，海运产生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的3～4%，碳减排需求显著。氨燃料高体积能量密度属性可以提高船体空间利用率，氨作为无碳燃料，可以从根本上减少二氧化碳排放，因此氨被认为是一种适合远洋货运的清洁燃料。2021年10月，中国船级社发布了《船舶应用液氨燃料指南（征求意见稿）》，这是国内首个氨能船舶的规范文件。2022年3月，由中国船舶集团设计建造的氨和液化天然气双燃料运输船已成功实现下水。预计到2035年，氨燃料经济性可达到传统燃油水平。
5.国内绿氨政策
我国进入“十四五”能源结构调整关键期，密集发布多项政策，支持绿氢、绿氨发展，推动能源结构转型和能耗双降。2022年1月，国家发展和改革委员会、国家能源局印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，要求拓展氢(氨)储能应用领域，开展依托可再生能源制氢(氨)的储能试点示范，满足长周期、多时间尺度的储能应用需求。
2022年2月，国家发改委发布《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》，其中对合成氨行业提出节能降碳改造升级实施要求,推动开展绿色低碳能源制合成氨技术研究和示范，优化合成氨原料结构，增加绿氢原料比例，降低合成氨生产过程碳排放。
2022年8月,工业和信息化部、发展改革委、生态环境部三部委联合印发《工业领域碳达峰实施方案》,要求扩大绿色低碳产品供给。大力发展绿色智能船舶,加强船用混合动力LNG动力、电池动力、氨燃料、氢燃料等低碳清洁能源装备研发。
总体来看，在全球碳减排背景下，绿氨在储能和氨燃料应用方面尚未实现规模化，仍有一些突出问题亟待解决，绿氢绿氨制备成本高，氨燃料的技术尚不成熟，可再生能源发电与绿氨生产连续稳定运行时间不匹配等等。未来，需要建立全国统一“绿电-绿氢-绿氨”大市场机制，规范配套标准体系，加快绿氢、绿氨关键技术攻关，优化产业发展支撑政策，推动绿氨产业飞速发展。
陕公网安备 61019102000206号
