氨-氢能源路线，在氢能交通领域具有哪些优势与劣势？
图1“氨氢”绿色能源循环经济路线。 （来源：工程）
图2“氨氢”能源绿色循环经济路线[9]。 CHP：热电联产； EV：电动汽车。 （来源：工程）
为实现“氨-氢”能源循环经济路线，仍需解决以下技术挑战。
技术挑战一：高性能低温低压氨合成及安全低温氨分解催化剂及反应器技术；
技术挑战二：“间歇式可再生能源制氢-低温低压氨合成”系统动态分配与控制技术；
技术挑战三：安全低温氨制氢系统与氨燃料电池系统的高效集成及智能控制技术。
氢气（H2）来源广泛，具有能量密度高、转换效率高、清洁等优点。 随着社会经济进步，在人们对环保、高效、低碳能源需求的推动下，氢能有望成为未来能源的重要组成部分，在低碳社会中发挥重要作用。 据国际氢能理事会预测，到2050年，氢能将减少二氧化碳排放60亿吨，创造2.5万亿美元市场价值，预计将占全球能源的18%。
与传统石油燃料易于运输、可大规模储存不同，目前的氢储运技术尚未解决能源效率和安全性等问题。 而且目前广泛使用的高压气态氢运输存在储氢密度低、压缩能耗高等问题，无法大规模长距离运输。 目前正在开发的储氢方法包括液氢、固体氢存储、有机液氢存储和氨/甲醇氢存储。
图中显示了主要储氢载体的物理和化学性质。 来源：中国化工信息周刊
氨作为世界各地大量生产的基础化工产品，也非常适合用作H2载体。 氨具有易液化（-33℃）、体积能量密度高（液氨的体积能量比液氢高50%）、可与丙烷并用的运输和储存设施、制造成本低等优点，并且可以用作无碳燃料。 氨除了分解成氢气外，还可以直接在大型燃气轮机中燃烧。 燃烧效率高且不产生二氧化碳。 是当前大规模发电的研究热点之一。 主要储氢载体的物理和化学性质如上图所示。
氨作为零碳燃料和氢能载体，有望在建设“氢能社会”中发挥重要作用，国际社会对此观点也逐渐达成共识。 氨既是氢能源载体，又是零碳燃料，对于实现“双碳”目标具有重要意义。
氨作为氢载体，在氢能运输领域有哪些优缺点？
近年来，世界能源格局正在发生深刻变化，世界正在迎来以清洁、低碳化为特征的新一轮能源转型。 以氢能和纯电力为主的新能源交通，有取代传统油气交通能源的势头，正在快速渗透到燃气发电、分布式供能、微电网、多能互补等领域，带动各方面能源生产和运输 提高利用效率和环境保护。
在交通运输领域，氨燃料在航运业可能具有巨大的潜力。 当前，减少碳排放已成为全球共识，世界各国对低碳航运的需求日益强烈。
1、交通领域应用及优势
(1)氨应用于燃料电池有两种方式
一是催化裂解氨以产生用于燃料电池的氢气。
由于直接车载裂解需要增加车载系统的复杂性和集成度，从而增加成本且被认为不切实际，因此该路线未来可能主要用于加氢站，即加氢站通过在线制氢氨的裂解，如下图所示。
图：电-电转换系统中氨作为氢载体的能耗，来源：中国化工信息周刊
从理想燃料生产效率和实际运输角度考虑，裂解过程需要>500℃的高温才能产生高纯氢气（>99.97%，特别是汽车用），需要4.2GJ/吨氨（含H2 损失）能量输入。 由于 PEMFC 对微量氨极其敏感（
因此，氨分解氢的纯化过程不可避免地会产生巨大的成本。 同时，整个过程还可能导致总热损失为1.7GJ/吨氨。 另外，氨分解后，需要额外2.0~4.3GJ/吨氨的电能来压缩氢气，以补充燃料电池汽车（FCEV）的储氢瓶。 综合上述计算，氨的总转化效率为61.0%~68.5%。 此外，裂解反应器与氢气压缩系统的集成可能使燃料加注和填充过程复杂化。 由于裂化系统的复杂性以及杂质存在下催化剂的性能和寿命，氨的应用可能会进一步受到限制。
图为不同路径下的能源利用效率%，来源：中国化工信息周刊
另一种途径是直接利用氨，无需将氨转化为氢气的中间过程。
未来，SOFC内部的高温可用于裂解氨。 然而，SOFC的高工作温度（550~900°C）可能只适合不需要频繁切换的连续固定应用。 因此，SOFC可应用于重型车辆，如航空、船舶、卡车运输等。
此外，负责将氨催化分解为氢气的SOFC阳极材料在连续运行过程中应稳定、耐用且耐高温。 然而，阳极材料的降解仍然是SOFC商业化的主要障碍。 最近，等人。 提出了一种基于氨燃料 SOFC 技术的新型工厂配置，可在加氢站同时发电和现场制氢。 要实现这一概念，需要进一步改进 SOFC 和氨分解技术。 氨内燃机虽然不需要从氨中还原氢气，但除了产生NOx排放外，还可能带来点火困难、火焰速度低、压缩比高等问题。
(2)氨燃料在航运业或有巨大潜力
在船舶工业中，与汽车相比，船用动力机械，特别是远洋船舶，需要更大的功率输出。 船舶动力系统目前主要以燃料为主，会排放大量的二氧化碳，这是燃料的致命缺陷。 据报道，航运产生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的3%至4%，不容忽视； 虽然船舶也采用电力推进，但其动力来源主要来自柴油发电机组。
与其他燃料相比，氨燃料不仅可以满足船舶大功率运输需求，而且碳排放为零，适合作为船舶燃料。 目前，世界各地正在逐步开展船舶氨燃料项目。
2、缺点
业内专家认为，虽然合成氨产业相对成熟，但为了实现规模化氨制氢，让“氨氢”法成为氢能产业的一部分，需要大容量的设备和提纯仍然需要氨分解产生氢气。 整合技术、终端产品等产业链各环节。
氨作为一种可行的氢能源存储材料确实具有巨大潜力，但与液氢相比，使用氨作为氢载体的运输系统在整体动力到燃料到动力（PFP）效率方面并不具有显着优势。 此外，热解过程的大量能量需求限制了其未来的应用。 此外，使用纯化压缩氢气供应燃料电池汽车的财务和能源成本较高，输入的电力和热能成本很难通过其他收入收回。
除了技术挑战之外，氨的毒性（OSHA 暴露限值为 50 × 10-6）、亲水性和腐蚀性还需要大量基础设施来避免意外泄漏和设备腐蚀。 一般认为，氨可以作为固定发电的燃料，利用SOFC为偏远地区提供电力。 然而，作为氢载体，虽然具有较高的能量密度，但还原氢需要大量的能量来裂解和压缩，限制了其应用。 从应对气候变化的角度来看，使用绿色氢为原料合成氨，替代以化石能源为原料的传统氨合成工艺，是比使用氨作为氢载体更有效的方法。
氨氢能源路线市场现状
全球范围内，日本、阿联酋、澳大利亚等国家已将“氨”纳入政府能源战略。 相比之下，在国内氢能行业，氨氢储运的应用相对较少。 业内人士表示，虽然氨氢模式持续成为研究热点，但其最终能否成为行业主流，仍需考虑各国不同的资源禀赋，并经过一定的实践和市场检验。
基于氨价格低廉、运输安全的优势，原本将氢能源视为“王牌”的日本政府正在引入氨能源，希望用氨替代发电厂和船舶的燃料，并以更低的成本实现这一目标。燃烧技术的突破实现碳中和。 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%”。
此外，在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，制定发展规划和路线图，力争成为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。
图“氨-氢”绿色能源循环经济路线，来源
与日本、韩国相比，我国氢氨联动发展的布局并不缓慢。目前，国内不少科研单位和企业已经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纷纷成立相关联盟，举办研讨会，抢占先机。
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。
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，打造紫金矿业集团有限公司。国家首个“氨氢能源重大工程产业创新平台”，围绕“氨氢”绿色能源重大技术开展深度合作，加快科技成果转化。福州大学姜立龙研发团队拿下率先实现新型低温“氨分解制氢”催化剂产业化，探索颠覆传统的以氨为氢能源载体的高压储氢方法，为“氨分解制氢”催化剂的发展奠定了基础——氢”绿色能源产业基础扎实
12月13日，国家能源集团召开煤炭运输行业氨能源技术研讨会。 会议总结了国家能源集团目前氢能、氨能发展情况，要求充分认识氢能、氨能在能源绿色低碳转型过程中的作用。 发挥重要战略作用，做好应用场景开发和技术研发布局。
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。
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，会同宁夏庆华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、科研院所共同组建了宁夏氨氢科技有限公司和氢能产业联盟。
2月13日，福达紫金开发的3千瓦氨氢燃料电池电站正式交付中国铁塔龙岩分公司。
此前，吉电电气董事长蔡彦福对加快“风光互补制氢氨一体化项目”建设提出四点要求：
零碳氢能循环万亿美元蓝海已然开启，必将涌现一批领军者。 “氨氢”技术迭代下，加快发展集绿色氨产业、氢能产业、可再生能源产业于一体的“零碳循环”万亿级产业链，将为国家能源保障发挥重要作用安全以及社会和经济的可持续性。 可持续发展意义重大。