“氨”及“氢-氨”产业发展情况浅析
历史上，氨主要用作肥料和化学品。 近年来，随着“双碳”目标的提出，氨作为绿色清洁能源逐渐进入公众视野。 中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士、清华大学教授李军认为，世界已进入“氨=氢2.0”时代，氢能产业将在2020年发展。氨的方向。
一、“氨”的发展优势
氨（NH3）是关系国计民生的基础化工原料。 广泛应用于化肥、环保、军工、制冷等领域。 同时，氨作为高效储氢介质，具有以下显着优势：
01高能量密度
氨的体积能量密度约为13.6 MJ/L。 1L液氨=4.5L高压氢气（35.0MPa）=1200L常温常压氢气。
02液化储运成本低
氨只需加压至1.0MPa即可以液体形式储存和运输。 液氨罐车最多可运载30t氨（约含5.29t氢气），较长的长管拖车（含氢气少于400kg）可运载氨。 增加了1个数量级，因此运输氨的成本（约0.001元/kg·km）也比运输氢气的成本（0.02~0.10元/kg·km）低几个数量级。
03无碳储能
氨成熟的技术体系、标准的规格和低成本的合成、储存和运输，可实现季节性、远距离、“无碳”“氨氢”能源储存。 研究表明，目前正在研究的几类电基液体燃料技术（液氢、液氨、液化天然气、甲醇、有机液氢储存）中，电基氨生产成本最低，仅次于其他基于电力的液体燃料技术。 燃料技术。
04安全性高
氨的火灾危险性仅为B类，爆炸极限（16%~25%）比氢气（4%~76%）窄，因此更安全。 其刺鼻的气味是可靠的报警信号。
2 氨的新应用及其技术发展
氨能源利用分为传统产业和新能源产业两类。 氨能源已广泛应用于化肥、军工、环保、制冷等传统行业。 是关系国计民生的基础化工行业。 近年来，氨能利用在氨制氢、氨燃料电池、氨内燃机/燃气轮机等新能源领域快速发展，并用于氢能终端等工业应用实现无碳排放、氨能发电、氨能燃料。 用氨供氢、以氨代氢已成为氢能的发展趋势之一。 业界也将氨称为“另一种氢”或“氢2.0”。
氨燃料电池
氨燃料电池根据氨供应方式的不同可分为直接氨燃料电池和间接氨燃料电池。 直接氨燃料电池可分为三类：SOFC（直接氨固体氧化物燃料电池）、直接氨碱性燃料电池、直接氨碱性膜燃料电池。 氨燃料电池可应用于分布式发电、热电联产、燃料电池汽车等领域。
氨燃气轮机
氨在燃气轮机中应用最广泛，包括氨纯燃烧、氨与氢混合燃烧、氨与甲烷混合燃烧等。
在1MW以下小型燃气轮机领域，目前采用增压、分级燃烧技术和常规SCR（选择性催化还原）脱硝装置，燃烧效率可达到99.8%，满足NOx排放标准，并可商业化应用已经可用。 健康）状况。
大型燃气轮机的发展与中小型燃气轮机的发展不同。 不直接使用氨作为燃料，而是利用大型燃气轮机联合循环发电机产生的废热和催化剂将氨分解成氢气并供给燃烧器。 这是因为在大型燃气轮机中，燃烧器尺寸有限，无法支持氨的完全燃烧，且高温燃烧工况下NOx的控制更加困难。
氨内燃机
氨内燃机包括汽车和船用发动机。 当前的研究热点和未来发展方向是船用发动机。 随着环保要求越来越高，对船用内燃机技术的发展提出了新的挑战。 国内外厂商和船东都看好氨燃料在船舶动力中的应用。
氨替代煤炭火力发电
氨燃烧缓慢，适合与煤粉混烧。 目前，日本在燃煤电厂混合氨燃烧技术方面处于领先地位。 据研究，燃煤电厂掺混20%氨可减少CO2排放约17%。 日本计划到2030年用氨替代20%的煤炭供应，到2050年实现100%替代。
我国也在积极探索氨与煤混合燃烧技术。 2022年1月，国家能源投资集团有限公司首次实现了混合比35%的40MW燃煤锅炉混合氨燃烧的工业应用。
工业锅炉用氨
工业炉窑大小、类型各异，但消耗化石燃料量巨大，占总量的20%以上。 在工业炉领域，氨直接利用技术也取得了成果。 2021年12月，佛山仙湖实验室联合多家企业（包括佛山阿莫尼亚科技有限公司）成立先进零碳燃烧技术联合创新研发中心，成为国内首家开展先进零碳燃烧技术联合创新研发中心的企业。开展氢氨高温炉零碳燃烧技术研发创新平台。
氢能源载体与储能
氢能及其衍生品是集中式可再生能源大规模长期储能的最佳方式。 与氢能相比，氨能更容易长期储存和运输。 这对于可再生能源储能区域距离需求区域较远的国家和地区尤为重要。 我国可再生能源电力主要集中在“三北”地区，消费中心集中在中东部地区。 氨作为可再生能源存储和传输载体的发展潜力巨大。
3 氢氨产业发展
在氢能源战略的前提下，氨能源的开发和合理利用已成为大势所趋，许多国家都在对氨能源的利用进行布局。
日本：基于氨价格低廉、运输安全等优势，原本将氢能源视为“王牌”的日本政府正在引进氨能源，希望用氨替代发电厂和船舶的燃料，并依靠氨来发电。燃烧技术的突破，实现更低的成本。 成本是碳中和的。 2021年10月，日本政府发布第六版能源战略计划，首次提出引入氨能源。 这体现在：“到2030年，氢氨发电将占日本能源消耗的1%”。
韩国：2021年12月7日，韩国产业通商资源部主办的第二届氢氨发电推进会上，韩国政府宣布2022年为氢氨发电元年并制定了发展规划和路线图。 努力建设全球最大的氢氨发电国家。 会议宣布，政府将在2022年总计投资400亿韩元用于相关设备基础设施建设，并在2023年之前制定《氢氨发电指南》，推动相关技术在LNG发电站的使用。
中国：与日本、韩国相比，我国布局氢氨联动发展的速度并不慢。 目前，国内多家科研单位和企业已开始谋划氢氨产业链布局。 国内福建、宁夏等地以及国家能源集团已成立相关联盟举办研讨会，抢占先机！
▷ 氨能利用发电项目开工
2021年9月23日，合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽能源实验室）与安徽能源集团有限公司共同建设的“安徽能源协同创新中心”在万能铜陵发电公司揭牌成立，氨能发电项目同步启动。
▷国内首个氨氢能源产业创新平台在福建启动
2021年12月10日，福州大学、北京三聚环保新材料有限公司、紫金矿业集团股份有限公司在福州举行重大绿色能源产业项目战略合作签约仪式，成立合资公司，并打造全国首个“氨氢”“重大能源产业创新平台”，围绕“氨氢”重大绿色能源技术开展深度合作，加快科技成果转化。 福州大学姜立龙研发团队率先实现了新型低温“氨分解制氢”催化剂的产业化，探索出颠覆传统的以氨为氢能源载体的高压储氢方法，奠定了为“氨氢”绿色能源产业发展奠定基础。 坚实的基础。
▷氢氨高温窑炉零碳燃烧技术研发平台成立
12月27日，由佛山仙湖实验室、佛山欧神诺陶瓷有限公司、佛山市德利泰科技有限公司共同发起的先进零碳燃烧技术联合创新研发中心在仙湖实验室成立。 该中心瞄准窑炉零碳燃烧颠覆性关键技术，旨在打造国内首个绿色能源产业创新平台，开展氢氨高温窑炉零碳燃烧技术研发。
▷国内首个氨氢产业联盟成立
2022年1月4日，宁夏工业和信息化厅同意由宁夏电投太阳山能源有限公司牵头，会同宁夏清化煤化工集团有限公司、宁夏合宁化工有限公司.、北京汉氢科技有限公司、厦门大学、银川能源学院、宁夏氨氢研究院等区内外氨氢行业企业、院校、科研院所共同组建宁夏氨氢研究院和氢能产业联盟。
4氨氢市场竞争力仍需提高
目前，国内氢能行业中，氨氢储运方式应用较少。 业内人士表示，虽然氨氢模式持续成为研究热点，但最终能否成为行业主流，仍需要考虑各国不同的资源禀赋，并经过一定的实践和市场检验。
同时，也有业内专家认为，虽然合成氨产业相对成熟，但要实现规模化氨氢转化，让“氨氢”法成为氢能产业的一部分，还需仍然需要分解氨来产生氢气。 大容量设备、净化技术、终端产品融入产业链各个环节。
不过，清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强在近日接受采访时，对氢氨一体化的发展表示乐观。 他表示，由于将氨转化为氢气的成本较低且氨供应充足，液氨可能成为竞争对手。 新兴的液态氢储存和运输方法。 多元化绿色能源利用对于实现“双碳”目标至关重要。 在氢能战略的前提下，整个氢能产业必须利用氢能在交通领域的优势，为包括氨在内的氢基化合物提供更多的测试机会，得出科学结论，并进行大规模推广提供寻找实现“碳达峰”和“碳中和”的各种路径和技术。
可以预见，随着“氨氢”的技术迭代，零碳氢能循环万亿级蓝海已然打开，必将诞生一批领军人物。加快发展“零碳氢能”集绿色氨产业、氢能产业、可再生能源产业为一体的“碳循环”万亿级产业链，对于保障国家能源安全和社会经济可持续发展具有重要意义。