众所周知，氨是化肥，也就是氮气和氢气合成的氨，主要应用于农业、化工、制药等行业，全世界已有大规模生产。全球氨气的年产量达到1.8亿吨，而且液氨运输的技术和安全规范已经非常成熟。一般来说，氨很难和清洁能源联系起来，但是一些政府和企业正在重新开发氨的应用，将其向清洁能源转化，并逐步建立起氨能市场。本文将通过分析氨能发展的历史背景和产业链布局，进一步预测氨能产业未来前景及市场空间，带您一起探秘绿色能源新“战场”。
01既是氢能载体，又是零碳燃料，氨能被作为绿色新能源进行研究
“双碳”达标目前是推动能源技术革命的最大驱动力。氢能是实现“双碳”达标的重要技术途径，它的来源丰富，可以利用光伏、风电通过电解水制氢。氢既可以通过燃料电池来发电，也是一种高温燃料，所以它是具有高热值、高能量转化性、无毒性的、可再生、可持续的理想清洁能源。
但氢能的使用成本居高不下，据未来智库测算，2020年我国氢能总成本约为60-80元/kg，距离30元/kg的可商用价格相距甚远。除了成本的挑战以外，氢能还有储运方面的诸多难题。氢气非常活泼，在和空气混合以后，容易产生燃烧和爆炸。同时，氢是元素周期表中最小的原子，在高温、高压下可以穿透钢板，因此对储存材料的要求非常高。氢气的液化温度达到-253℃，因此液氢的制备过程能耗很大，安全储运液氢成本高、技术难度大。
图1：作为绿氢补充的绿氨生态
因此如何储氢成为重要的研究方向，氨能的特性使它进入国内外储氢介质研究者的视线中，国内外有一些研究把氨能作为储氢的一个介质。现在人们把氨作为一种新能源进行研究，主要是基于两个考量：一是作为储氢介质，同时它还是一个零碳燃料。
氨的新能源功能之一是作为氢能载体，1个氨含有3个氢和1个氮。氨很容易液化，只要-33℃就可以液化，或者在常温下10个大气压就可液化；氨的点火温度比氢高很多，相对氢气要更安全，方便运载。大家在公路上可以看到运氨的车，也可以通过管道运输。现在的研究思路是氨合成后，一部分用于化肥，另一部分可作为氢能的载体运输。氨的裂解也是非常成熟的技术，加温后变成氮气和氢气。
氨的另一个新能源功能是作为零碳燃料。氨本身是一种零碳化合物，同时它的能量密度很高，是液氢的1.5倍，它和氧的燃烧反应产物是水和氮气。氮气约占空气78%，氮气本身并不是一个有害气体，所以氨燃烧是零碳排放。但是氨气作为燃料应用的研究相对较少，全世界目前已知的能高温燃烧的燃料绝大部分都是化石燃料，是含碳的燃料。真正不含碳并具有实用性的燃料只有两种，就是氢和氨。但是氨气燃烧有自己的特点，氨不容易燃烧，这对安全储运是一个优点，但对利用氨能作为燃料增加了技术挑战。对氨燃烧技术，国外做了一些研究，国内做得还不够。
02氨能全产业链展望，渐进式达成双碳目标
如下图2所示，利用绿氢/氨替代含碳化石能源的氨能燃料利用技术路线是指使用氨作为储氢介质，使用成熟的氨储存和运输网络，在终端应用上大力发展氨燃料动力装置，从而渐进式达成碳达峰和碳中和目标。
图2：氨能全产业链展望（来源：网络）
最上游通过绿电（光伏、风能、核能、生物质能、水能）制取绿氢，氢气再与氮气合成氨气，氨气依托于现有成熟的汽车、轮船及管道运输方式，运送到各个具体使用地。下游可以通过氨裂解重新制取氢气，或者对氨进行直接使用。从终端上来看，氨可以用于氨能发动机汽车、合成化肥、作为燃料用于发电和供暖。通过绿色能源-电解制氢能-合成氨能-裂解制氢能/直接氨能-终端场景能源的使用，从而实现全产业链的零碳排放。
03国外氨能发展迅猛，各国政府相继出台产业扶持政策
日本在2014年启动日本重整战略，能源载体重大计划提出三个比较有可能成为氢能储运载体的技术：1、液氢；2、有机化合物合成的含氮有机化合物；3、氨。2021年4月，日本政府计划到2050年，氢气和氨气发电将占日本总能源产量的10%左右；2023年之前将突破燃煤火力发电厂混合氨燃烧技术；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。
韩国产业通商资源部2021年12月7日主持召开的第二次氢气和氨气发电推进会议上，韩政府宣布将2022年作为氢气氨气发电元年，并制定发展计划和路线图，力求打造全球第一大氢气和氨气发电国。会议宣布，政府明年共将投入400亿韩元用于有关设备基础设施建设，并于2023年前制定“氢气和氨气发电指南”，推广有关技术在LNG发电站使用。
澳大利亚氨能源协会（AEA Australia）分会于2020年9月举办了第二届“氨=氢2.0会议”。会议上提出：要加强政府与行业之间的合作关系；为氨动力船舶税收开设安全培训课程；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。
04中国氨能研发力度加强，政府大力推动多元化技术开发
中国是世界上氨气产量最大的国家，因为中国是农业大国，化肥需要氨。氨的价格在市场上稍低于天然气价格，氨3500-4000元/吨，3-4元 /公斤，这个价格远远低于氢，氢现在约60多元/公斤。目前我国的合成氨多是用煤和天然气制备，在高温450度、200个大气压下制备。氨的合成有100多年历史，技术非常成熟，但是目前它面临的问题是，所用的氢是化石能源制备的灰氢，所以氨是灰氨，不能减少碳排放。如何用绿氢合成绿氨，这是下一步的挑战。氨的合成里面70-80%的成本来自于氢，所以氢、氨是紧紧连在一块的两个技术，要想把绿氨用廉价的方式制出来，必须要有廉价的绿氢。
2021年12月10日，福州大学举行了绿色能源重大产业项目战略合作签约仪式，该校江莉龙研发团队率先实现了新型的低温“氨分解制氢”催化剂的产业化，探索了以氨为氢能载体的颠覆传统高压储氢方式，为发展“氨-氢”绿色能源产业奠定了坚实的基础。
2022年3月15日，国家自然科学基金委员会交叉科学部拟设立“重型车辆氨氢融合零碳动力系统基础研究”专项项目，项目旨在解决车用氨燃料点火难、燃烧慢及动态控制复杂等问题，为重型运载车辆氨氢融合燃料复合动力系统零碳排放技术创新与应用奠定基础。
2022年3月21日，国家发改委、国家能源局发布关于印发《“十四五”新型储能发展实施方案》的通知。到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件。氢储能、热(冷)储能等长时间尺度储能技术取得突破。将加大关键技术装备研发力度，推动多元化技术开发，开展氢(氨)储能等新一代高能量密度储能技术。
随着国内光伏和风电的成本逐年下降，绿氢的成本未来有望与灰氢和蓝氢持平甚至更低，光伏制氢将成为主流的制氢技术路线。但是氢气因为其本身的物理性质，难以储存和运输，所以到终端应用时储运成本占了氢气最终售价的很大一部分，严重制约了氢能的发展和应用。氨作为氢的储运介质，很好地解决了氢能大规模应用的瓶颈问题，并且氨作为一种燃料也可以被大规模应用于发动机、发电、发热领域，有着广泛的应用场景和广阔的市场空间。
