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氨的生产及其发展趋势

Haber－Bosch合成氨工艺是世界上最广泛运用的氨生产工艺，该工艺平均每年约生产1．8亿吨的氨，同时能源消耗占全球能源总消耗的1．8％－3％，二氧化碳排放量约占全球二氧化碳总排放量的1％。因此各国正在探寻基于可再生能源制氢的绿氨生产工艺。

在欧洲，荷兰处于领先地位，目前已经完成将海上风电和太阳能转化为氨燃料的可行性分析和论证工作。报告指出，随着太阳能和风能发电成本的进一步降低，以电解水为基础的氨合成成本将比以天然气为基础的氨生产成本更低。荷兰的能源公司（NUON）、天然气公司（Gasunie）等多家大型企业均有所参与布局。

日本福岛可再生能源研究所在2013年已经在陆地建成了50kW的风电和光电生产氨燃料并利用其发电的示范基地，氨与煤油混合使用能降低38％的煤油用量。德国西门子与英国卢瑟福阿普尔顿实验室合作于2017年底建成纯电力合成绿色氨和储能系统的示范项目。该项目由英国创新公司支持（Innovate UK）。澳大利亚正在对利用澳洲沙漠的太阳能生产氨燃料并出口给日本的技术方案和协作战略进行论证。此外，挪威化肥巨头雅苒国际（Yara International）2021年7月宣布，将于2023年在澳大利亚试生产绿氨，并计划将其销售给日本的发电厂。

相比于成熟的煤裂解制氢合成氨，采用电解水制氢合成氨的方式成本一般较高。根据势银能链谢易奇的分析，绿氢合成氨成本主要由原料成本（绿氢生产和氮气生产）和设备折旧、工用设备（主要为电力）等其他成本组成，并假设原料成本占总成本比例为70％，其余部分占30％。每吨绿氨合成需要0．176吨绿氢和0．832吨氨气。当煤炭价格处于正常范围（700－900元／吨），传统合成氨的成本范围在1900－2200元／吨，此时在可再生能源丰富且电价低廉（0．1元／度）的地区，绿色合成氨的成本可以和传统煤制氢合成氨相竞争。而当煤价处于历史高点时（1500－2000元／吨），传统合成氨的成本将超过3000元／吨。此时电价到达0．2元／度的地区，绿氨生产成本也也可以和传统氨生产成本竞争。

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氨的应用

氨除了能够作为化工用品外，其可作为燃料直接用于飞机、航空飞船等机械设备的动力系统。

早在1941年，比利时A．Macq就提出氨燃料可以用于发动机，并成功将其运用于汽车。1963年，美国航天局将氨作为燃料应用于X－15实验机，以当时人类航空史上最高时速送上太空。

如今，挪威海工船船东Eidesvik和瓦锡兰将对一艘海工辅助船（OSV）进行改装，这也是全球首次在OSV上应用氨燃料驱动。改装后的系统可使用70％的混合氨燃料来运行。同时，船用发动机制造商曼恩（Man Energy Solutions）也正在制造一台二冲程氨动力发动机，计划在2024年前完成。船运巨头马士基也表示，为早日实现碳中和，氨能将成为其船只主要动力之一。

另外，氨燃料也可用于燃气轮机进行发电。如日本在2021年发布的《能源战略计划》中提出在2030年要将氨和氢发出的电能占日本能源消耗的1％。基于此背景，2021年3月日本东北大学流体科学小林秀昭课题组成功实现了70％液氨在2000kW级燃气轮机中的稳定燃烧，并能同时抑制氮氧化物。

如上所述，上述研究成果主要集中在氨混合燃烧领域，这是因为氨作为燃料独自使用时具有燃点高，燃烧稳定性差等缺点，并可能产生燃烧不充分的现象，这将排放氮氧化物污染环境。为了使其具有更好的燃烧效果，一般需要添加一定量的含碳化合物，此时无法达到“净零”目标。因此氨能作为燃料直接使用时要想达到完全的零排放还有很长的路要走。

氨除了能直接用于燃烧外，也可将氨的储存和输运优势与氢能利用相结合，以氨能为氢能载体，构建一条“清洁高效合成氨－安全低成本储运氨－无碳产氢用氢”的全链条特色氢能利用路线，为实现“30．60”碳减排目标提供一个崭新的能源利用解决方案。

2016年，美国能源部通过一项“再生燃料”（REFUEL）的研究计划，目标是开发可扩展的技术，将电能从可再生能源转化为能源密度高的碳中性液体燃料，并根据需要转换为电力或氢气。目前，该研究计划内共有17个与氨有关的项目获得资助。

国内福州大学于12月10日启动建设了国内首家“氨－氢”绿色能源重大产业创新平台，该校江莉龙团队研发的新型低温“氨分解制氢”催化剂率先实现了产业化，为“氨－氢”清洁能源高效转换利用奠定坚实基础。

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结语与未来展望

目前世界正处于能源转型的关键时期，我们需要保持开放的心态，保持勇于尝试的态度，保持敢于创新的精神。完成2050年的碳减排目标需要多种能源的配合使用，基于氨氢融合解决氢能利用输运问题的能源解决方案或者是氨能独自使用都可能随着技术进步在未来大放光彩，需要给它们提供更多的机会，为实现碳达峰碳中和寻找多样的路径和技术。

       原文标题 : 行业发展新趋势：氨能时代会到来吗？