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氨作為一種“無(wú)碳”清潔能源，為實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)快速調(diào)整、加快碳中和進(jìn)程提供了新選擇，許多國(guó)家積極開(kāi)展綠氨技術(shù)研究并規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局。我國(guó)氨的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、供給等環(huán)節(jié)已成體系，擁有良好的合成、利用基礎(chǔ)條件，未來(lái)全球氨能產(chǎn)業(yè)將占據(jù)重要地位。
1.氨的簡(jiǎn)介
氨，化學(xué)分子式為NH3，常溫下是一種無(wú)色氣體，易揮發(fā)，可燃，具有強(qiáng)烈刺激性氣味。氨是世界上產(chǎn)量最多的無(wú)機(jī)化合物之一，可用于生產(chǎn)硝酸、化肥以及制冷劑等，其中80%的氨用于化肥生產(chǎn)。
2.合成氨消費(fèi)量
全球合成氨消費(fèi)總量為1.75億噸/年，其中中國(guó)、東歐、南亞、美國(guó)和中東地區(qū)居世界合成氨消費(fèi)量前五位，合計(jì)占比為72.9%。國(guó)際合成氨消費(fèi)主要在化肥領(lǐng)域，占總消費(fèi)量的比例達(dá)81.6%，其中尿素作為最大的消費(fèi)領(lǐng)域，消費(fèi)占比約為54.2%，工業(yè)用合成氨的占比也在增加。預(yù)計(jì)到2025年，全球合成氨消費(fèi)量達(dá)到近2億噸/年。
國(guó)內(nèi)合成氨消費(fèi)結(jié)構(gòu)與國(guó)際類似，化肥領(lǐng)域消費(fèi)占比達(dá)到80.0%。近幾年，化肥領(lǐng)域氨消費(fèi)量達(dá)到頂峰導(dǎo)致合成氨消費(fèi)量增長(zhǎng)放緩?；暑I(lǐng)域消費(fèi)合成氨占比呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，工業(yè)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域氨消費(fèi)量逐漸增加。工業(yè)用氨將在2035年達(dá)到頂峰，占比約54%，再逐年下降，到2050年占比為30%，與2020年水平基本持平；儲(chǔ)能用氨將是未來(lái)合成氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?030年后進(jìn)入快速發(fā)展期，到2050年達(dá)到50%的占比。
3.氨的來(lái)源
合成氨按照原料來(lái)源為棕氨、藍(lán)氨和綠氨等3種。棕氨以煤、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料為原料，生產(chǎn)中伴隨大量的二氧化碳排放。藍(lán)氨與棕氨類似，由化石能源制取，但不同的是，藍(lán)氨通過(guò)CCS技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中釋放的CO2進(jìn)行捕獲和封存，二氧化碳排放量相比減少約85%。綠氨以氫氣為原料，利用可再生能源電解水制備H2，再與N2進(jìn)行氨的合成。采用該方法，可在氨的全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)“零碳”排放。
國(guó)際上合成氨以天然氣為主要生產(chǎn)原料。由于我國(guó)富煤少氣的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)合成氨以煤為主要原料,占總產(chǎn)能的77%。每噸氨需要排放超過(guò)4.5噸二氧化碳，其中生產(chǎn)過(guò)程排放占2/3以上。近年來(lái)受國(guó)內(nèi)淘汰落后產(chǎn)能以及能耗雙控等影響，煤制合成氨產(chǎn)能有所下降。在未來(lái)工業(yè)、儲(chǔ)能領(lǐng)域需求增加和節(jié)能減排的雙重作用下，合成氨產(chǎn)能將由棕氨向綠氨轉(zhuǎn)型，逐漸形成以綠氨為主的產(chǎn)業(yè)格局。
國(guó)內(nèi)外正在積極開(kāi)展綠氨技術(shù)的研究和應(yīng)用，主要包括先進(jìn)合成氨工藝和催化劑、新型低溫低壓合成氨工藝和催化劑、前沿的合成氨工藝等。作為綠氨生產(chǎn)關(guān)鍵原料綠氫，其制備技術(shù)逐漸成熟，同時(shí)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和液氫儲(chǔ)氫技術(shù)在國(guó)內(nèi)已規(guī)模應(yīng)用。風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電成本不斷下降，上網(wǎng)發(fā)電量逐年攀升，制氫設(shè)備能耗指標(biāo)不斷降低，可再生能源發(fā)電制取“綠氫”的成本不斷下降。據(jù)預(yù)測(cè)，2030年可再生能源制氫成本有望與化石能源制氫平價(jià)，2050年可再生能源制氫將成為主流的制氫技術(shù)。
目前全球已布局超過(guò)60個(gè)綠氨項(xiàng)目，如美國(guó)能源部REFUEL計(jì)劃、智利Trammo100萬(wàn)噸綠氨項(xiàng)目、丹麥5000噸綠氨示范項(xiàng)目、葡萄牙綠氫/綠氨項(xiàng)目、澳大利亞AREH項(xiàng)目等，全球綠氨規(guī)劃總產(chǎn)能超過(guò)1500萬(wàn)噸/年。國(guó)家能源集團(tuán)、國(guó)電投、遠(yuǎn)景能源、吉能股份、中國(guó)氫能、明拓集團(tuán)等為代表的企業(yè)積極投資布局風(fēng)光電氫氨一體化項(xiàng)。項(xiàng)目主要分布在西北、東北等可再生資源豐富的地區(qū)，全國(guó)規(guī)劃綠氨項(xiàng)目總產(chǎn)能約380萬(wàn)噸，其中內(nèi)蒙古2022年公布的綠氨產(chǎn)能約180萬(wàn)噸。部分項(xiàng)目獲得備案，正在融資和籌建階段，預(yù)計(jì)2025-2026年陸續(xù)投產(chǎn)。
4.氨的用途
氨的用途日漸多樣化，除了作為工業(yè)原料，還可以作為儲(chǔ)氫載體、發(fā)電廠燃料、航運(yùn)無(wú)碳燃料等諸多領(lǐng)域。
（1）儲(chǔ)氫
液氨比液氫具有更高的體積能量密度，體積載氫效率是氫氣的1.5倍。氨氣在常壓下-33℃就可以液化，而氫氣需要低于-253℃。另一方面，氨的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)有百余年的歷史，技術(shù)體系和儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施完備，有管道、船舶、公路拖車等多種運(yùn)輸方式。以液氨作為儲(chǔ)氫載體，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸1kg氫的成本為0.1～0.2美元，低于通過(guò)管道或輪船運(yùn)輸渠道，有望成為未來(lái)氫氣儲(chǔ)運(yùn)的最佳方式之一。
（2）發(fā)電
中國(guó)燃煤發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量占二氧化碳排放總量的1/3左右，減少燃煤發(fā)電二氧化碳排放，推進(jìn)火電機(jī)組摻燒氨或純氨等低碳燃料是發(fā)電領(lǐng)域碳減排的重要技術(shù)方向。摻氨燃燒可以利用現(xiàn)有電廠設(shè)施，無(wú)需對(duì)鍋爐主體進(jìn)行大規(guī)模改造，成為現(xiàn)階段降低燃煤電廠碳排放的可行性選擇。2022年國(guó)家能源集團(tuán)以35%摻燒比例在40MW燃煤鍋爐上實(shí)現(xiàn)了混氨燃燒工業(yè)應(yīng)用。結(jié)果表明在摻氨比例和氨注入位置一定的情況下，燃燒后生成的氮氧化物比燃煤工況還要低。若現(xiàn)有煤電機(jī)組均實(shí)施35%混氨燃燒，每年可減少二氧化碳排放9.5×108噸。
（3）航運(yùn)無(wú)碳燃料
船舶運(yùn)輸是國(guó)際貿(mào)易的主要貨運(yùn)形式，其承擔(dān)了全球貿(mào)易運(yùn)輸總量的90%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海運(yùn)產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的3～4%，碳減排需求顯著。氨燃料高體積能量密度屬性可以提高船體空間利用率，氨作為無(wú)碳燃料，可以從根本上減少二氧化碳排放，因此氨被認(rèn)為是一種適合遠(yuǎn)洋貨運(yùn)的清潔燃料。2021年10月，中國(guó)船級(jí)社發(fā)布了《船舶應(yīng)用液氨燃料指南（征求意見(jiàn)稿）》，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)氨能船舶的規(guī)范文件。2022年3月，由中國(guó)船舶集團(tuán)設(shè)計(jì)建造的氨和液化天然氣雙燃料運(yùn)輸船已成功實(shí)現(xiàn)下水。預(yù)計(jì)到2035年，氨燃料經(jīng)濟(jì)性可達(dá)到傳統(tǒng)燃油水平。
5.國(guó)內(nèi)綠氨政策
我國(guó)進(jìn)入“十四五”能源結(jié)構(gòu)調(diào)整關(guān)鍵期，密集發(fā)布多項(xiàng)政策，支持綠氫、綠氨發(fā)展，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能耗雙降。2022年1月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，要求拓展氫(氨)儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)展依托可再生能源制氫(氨)的儲(chǔ)能試點(diǎn)示范，滿足長(zhǎng)周期、多時(shí)間尺度的儲(chǔ)能應(yīng)用需求。
2022年2月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南(2022年版)》，其中對(duì)合成氨行業(yè)提出節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施要求,推動(dòng)開(kāi)展綠色低碳能源制合成氨技術(shù)研究和示范，優(yōu)化合成氨原料結(jié)構(gòu)，增加綠氫原料比例，降低合成氨生產(chǎn)過(guò)程碳排放。
2022年8月,工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部三部委聯(lián)合印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》,要求擴(kuò)大綠色低碳產(chǎn)品供給。大力發(fā)展綠色智能船舶,加強(qiáng)船用混合動(dòng)力LNG動(dòng)力、電池動(dòng)力、氨燃料、氫燃料等低碳清潔能源裝備研發(fā)。
總體來(lái)看，在全球碳減排背景下，綠氨在儲(chǔ)能和氨燃料應(yīng)用方面尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，仍有一些突出問(wèn)題亟待解決，綠氫綠氨制備成本高，氨燃料的技術(shù)尚不成熟，可再生能源發(fā)電與綠氨生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不匹配等等。未來(lái)，需要建立全國(guó)統(tǒng)一“綠電-綠氫-綠氨”大市場(chǎng)機(jī)制，規(guī)范配套標(biāo)準(zhǔn)體系，加快綠氫、綠氨關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展支撐政策，推動(dòng)綠氨產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。
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