綠氨經(jīng)濟(jì)性測算及產(chǎn)業(yè)前景

氨（NH3）是一種無色、有強(qiáng)烈刺激氣味的氣體，在常溫下加壓可液化，極易溶于水。合成氨是化學(xué)工業(yè)史上偉大的發(fā)明之一，促進(jìn)了氮肥大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，由此帶來糧食增產(chǎn)和作物品質(zhì)改善，極大地提高人類生活水平；同時(shí)氨也是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，是制造纖維素、塑料、炸藥、染料等產(chǎn)品關(guān)鍵原料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。

氨工業(yè)為人類糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，同時(shí)生產(chǎn)過程中也造成了大量二氧化碳排放。綠氨是利用風(fēng)電、光伏等可再生能源電解水制綠氫，并與空氣中的氮?dú)庵苽涑珊铣砂?。由于其燃燒后生成氮?dú)夂退?，不產(chǎn)生二氧化碳，綠氨被認(rèn)為是“零碳”燃料，是未來重要的清潔能源之一，也是全球交通運(yùn)輸業(yè)未來實(shí)現(xiàn)碳中和的主要手段之一。同時(shí)，全球合成氨以及氨制氫工業(yè)技術(shù)非常成熟，液氨儲運(yùn)配套比較完善，用作儲氫載體，在大規(guī)模長距離氫能運(yùn)輸方面具有成熟、安全、高效的優(yōu)點(diǎn)。

1合成氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

合成氨工業(yè)經(jīng)過100多年的發(fā)展歷史，各種工藝技術(shù)不斷涌現(xiàn)，其中具有代表性的大型合成氨工藝有美國凱洛格（Kellogg）工藝、英國ICI-AMV工藝、美國布朗公司（Branu）工藝和丹麥托普索公司（Topsoe）工藝等。合成氨工業(yè)的持續(xù)進(jìn)步離不開氨合成催化劑的不斷開發(fā)和改進(jìn)，傳統(tǒng)的Fe3O4基熔鐵催化劑由于其原料價(jià)格便宜、制造工藝簡單及產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)勢成為世界上研究最為透徹的催化劑之一。浙江工業(yè)大學(xué)宋小芳等突破了一直以Fe3O4為母體的熔鐵催化劑傳統(tǒng)思路，發(fā)現(xiàn)具有維氏體結(jié)構(gòu)的Fe1-xO基催化劑，相比傳統(tǒng)催化劑具有更好的催化活性和更低的反應(yīng)溫度等，并在國內(nèi)外多套大型合成氨裝置上得到了很好的應(yīng)用。

2022年全球合成氨產(chǎn)能達(dá)到2.25億噸/年，產(chǎn)量為1.82億噸，裝置平均產(chǎn)能利用率為80.9%。全球合成氨產(chǎn)能主要集中在中國、俄羅斯、美國、印度和歐洲地區(qū)，產(chǎn)能合計(jì)占比超過三分之二。其中，中國合成氨產(chǎn)能6760萬噸/年，產(chǎn)量6101萬噸，裝置平均產(chǎn)能利用率為90.3%。

全球合成氨約90%的產(chǎn)品在本國消費(fèi)，2022年合成氨國際貿(mào)易量1805萬噸[1]。未來隨著各國對糧食安全愈加重視以及產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，氨下游農(nóng)業(yè)需求將穩(wěn)中有增，環(huán)保脫硝等工業(yè)領(lǐng)域需求也將穩(wěn)定提升。海外主要以天然氣為原料制氨，其天然氣制氨比例約為90%，我國合成氨原料主要以煤為主，碳排放量較大，約占76.7%，天然氣約占20.8%，其他原料占2.5%。2022年，我國氨工業(yè)碳排放量為2.2億噸，約占我國化工行業(yè)碳排放總量的1/7。其碳排放在化工行業(yè)中位居首位。

2綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

綠氨生產(chǎn)主要包括綠氫制備、氮?dú)庵苽浜秃铣砂比齻€(gè)單元。通過對綠氨產(chǎn)業(yè)全鏈條分析，其中空氣分離制備氮?dú)夂桶焙铣晒に嚰夹g(shù)成熟，完全可以采用現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)技術(shù)；綠氫產(chǎn)業(yè)目前處于快速成長期，技術(shù)不斷迭代更新，但綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展受制于可再生能源發(fā)電水平波動(dòng)較大，電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)上難以大規(guī)模承接、氫能長時(shí)空儲運(yùn)技術(shù)以及大容量低成本電儲能技術(shù)有待突破等因素，整體成本離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用還有一定的下降空間，這也是綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約因素。

2.1綠氨產(chǎn)業(yè)政策背景

2018年12月，歐盟發(fā)布了可再生能源指令（REDⅡ），規(guī)定可再生燃料占運(yùn)輸部門最終能源消費(fèi)的份額將從2020年的10%提高到2030年既定的14%。2021年7月20日新的提案提議，到2030年該份額將既定的14%上升到26%。

2023年5月17日，歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（CBAM）實(shí)施細(xì)則開始生效，歐盟將于2026年正式征收“碳關(guān)稅”，水泥、電力、化肥、鋼鐵、鋁和氫行業(yè)將成為第一批納入征收范圍的行業(yè)。從2023年10月1日起，到2025年底的政策過渡期，所有的歐盟進(jìn)口商需報(bào)告上述六個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品溫室氣體排放，但無須支付稅費(fèi)。其中，CBAM稅費(fèi)=CBAM稅率×碳排放量=(EUETS碳價(jià)-出口國碳價(jià))×(產(chǎn)品碳排放量-歐盟同類產(chǎn)品企業(yè)獲得的免費(fèi)排放額度)。式中，EUETS碳價(jià)指上一周歐盟碳排放權(quán)拍賣的周平均結(jié)算價(jià)格；碳排放量所包含的溫室氣體有二氧化碳（CO2）、一氧化二氮（N2O）和全氟化碳（PFCs）；出口國碳價(jià)指歐盟進(jìn)口商品在其生產(chǎn)國（即出口國）已經(jīng)支付的碳排放額度價(jià)格；歐盟同類產(chǎn)品企業(yè)獲得的免費(fèi)排放額度從2026年起逐年降低，至2034年降至0。

目前我國碳稅及碳交易體系仍處于探索階段，相關(guān)政策和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還在制定中，綠氨的低碳效益優(yōu)勢尚未體現(xiàn)，綠色產(chǎn)品價(jià)格偏高和市場供給不足制約了國內(nèi)綠氨市場的發(fā)展。中國是歐盟的主要進(jìn)口國家之一，隨著歐盟REDⅡ、CBAM等一系列可再生能源及碳關(guān)稅政策的實(shí)施，將深刻影響我國碳稅政策快速向歐盟看齊。作為全球產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可的具有較大發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕剂现?，綠氨在相關(guān)低碳產(chǎn)業(yè)政策支持下將獲得快速發(fā)展機(jī)遇。

2.2綠氨發(fā)展現(xiàn)狀

截至2023年9月，全球已布局超過60個(gè)綠氨項(xiàng)目，規(guī)劃總產(chǎn)能超過3500萬噸/年。海外綠氨項(xiàng)目主要分布在澳大利亞、南美、歐洲和中東，見表1。

從項(xiàng)目規(guī)劃上看，綠氨項(xiàng)目主要依托陸上風(fēng)光資源，多被所在國就地消化生產(chǎn)化肥，而少部分綠氨項(xiàng)目將用于出口，新的下游應(yīng)用領(lǐng)域還在起步階段。

我國綠氨項(xiàng)目主要分布在西北、東北等可再生資源豐富區(qū)域，目前規(guī)劃總產(chǎn)能達(dá)到800萬噸/年，見表2。其中，約80%的產(chǎn)能集中在內(nèi)蒙古地區(qū)，主要依托陸上風(fēng)光資源，綠電制綠氫和綠氨一體化發(fā)展，預(yù)計(jì)2024年將陸續(xù)有裝置建成投產(chǎn)。

因綠氨在車船燃料、儲氫載體、燃料發(fā)電等新興下游應(yīng)用領(lǐng)域面臨政策、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等因素制約，存在使用成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)等問題，市場需要長期培育。

目前國內(nèi)規(guī)劃或在建綠氨項(xiàng)目生產(chǎn)的綠氨產(chǎn)品主要是用于生產(chǎn)氮肥原料和脫硝劑等化工場景，市場成熟且容量大，但因國內(nèi)綠色肥料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和政策缺乏，綠氨和傳統(tǒng)合成氨將在同一市場上競爭，產(chǎn)品未獲得綠色低碳溢價(jià)。這也是當(dāng)前國內(nèi)綠氨項(xiàng)目發(fā)展遇到的挑戰(zhàn)。

目前，全球綠氨生產(chǎn)仍處于探索和起步階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)?；杂写龝r(shí)日。隨著公眾減碳意識的進(jìn)一步提升以及政府關(guān)于碳排放和防止大氣污染立法的進(jìn)一步完善，綠氨的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將加快，預(yù)計(jì)到2030年全球綠氨產(chǎn)能將突破千萬噸。

2.3綠氨產(chǎn)業(yè)競爭力分析

綠氨下游應(yīng)用主要包括車船燃料、儲氫載體、燃料發(fā)電以及化工原料四個(gè)方面。在“雙碳”背景下，綠氨作為一種“零碳”能源優(yōu)勢明顯，為構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系提供了新的解決方案，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

一是綠氨的制氫和空分單元以可再生能源為動(dòng)力，工藝過程幾乎實(shí)現(xiàn)零碳排。與煤炭等化石能源為原料的合成氨工藝比較，綠氨具有較強(qiáng)的碳減排優(yōu)勢，見表3。

二是氨作為“零碳燃料”，燃燒過程不排放CO2。與其他傳統(tǒng)燃料相比，氨燃料CO2減排效果非常明顯。即使把約5%的引燃油計(jì)算在內(nèi)，燃燒氨與重燃油相比可實(shí)現(xiàn)CO2減排95%以上。若采用可再生能源生產(chǎn)的綠氨，可以實(shí)現(xiàn)從燃料生產(chǎn)、儲運(yùn)到燃燒全過程的近零碳排放，未來作為綠色燃料的潛力巨大。

三是氨化工產(chǎn)業(yè)成熟度高、儲運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)完善，可作為跨長時(shí)空的零碳燃料和儲能形式。氨作為一種主要的化工產(chǎn)品，已在非船用市場上得到廣泛的大量應(yīng)用。全球液氨供應(yīng)鏈體系成熟，現(xiàn)有液氨儲存與運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施完善，未來可直接為綠氨提供物流服務(wù)。

2.3.1綠氨用作車船燃料的競爭力分析

交通領(lǐng)域產(chǎn)生的CO2排放量約占全球CO2排放量的25%，作為“零碳燃料”的綠氨可以從根本上減少CO2排放，同時(shí)氨燃料不含硫，燃燒時(shí)不產(chǎn)生硫氧化物，是未來極具潛力的清潔車船燃料之一。

在船用燃料方面，全球主要船舶發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)商與船舶制造商都在開發(fā)氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與氨動(dòng)力船舶。德國曼恩公司開發(fā)的氨燃料船舶發(fā)動(dòng)機(jī)于2023年7月在全球首次實(shí)現(xiàn)運(yùn)行測試，預(yù)計(jì)在2024年實(shí)現(xiàn)首臺氨燃料船舶低速機(jī)樣機(jī)交付，2026年在商船上首次交付運(yùn)行。芬蘭瓦錫蘭公司和挪威航運(yùn)集團(tuán)合作，計(jì)劃于2024年前下水一艘氨燃料動(dòng)力油輪——MSGreenAmmonia。

韓國三星重工正在開展氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)及船舶設(shè)計(jì)，計(jì)劃在2024年實(shí)現(xiàn)商用化。韓國造船與海洋工程公司預(yù)計(jì)在2025年實(shí)現(xiàn)氨動(dòng)力船舶的商業(yè)化運(yùn)營。韓國大宇造船聯(lián)合德國曼恩公司共同研發(fā)的23000TEU大型氨燃料集裝箱船預(yù)計(jì)在2025年前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。日本三菱開發(fā)的40MW氨直接燃燒大型燃?xì)廨啓C(jī)，預(yù)計(jì)在2025年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。日本計(jì)劃在2025年前完成純氨燃料船示范，2025年后開展推廣應(yīng)用。

中船溫特圖爾發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司已于2022年12月順利完成氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒試驗(yàn)，首批雙燃料氨發(fā)動(dòng)機(jī)將于2025年交付，首艘氨動(dòng)力船舶將于2026年投入運(yùn)營。2023年4月，中國船舶建造的全球首艘氨燃料動(dòng)力預(yù)留6000TEU級系列集裝箱船首制船交付，氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)將于2025年推出。根據(jù)中國船舶工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，截至2023年8月，全球含氨雙燃料動(dòng)力預(yù)留船的氨燃料船訂單量超過200艘。

在車用燃料方面，氨燃料尚未投入實(shí)際應(yīng)用，但國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)的突破，為商用車動(dòng)力可持續(xù)發(fā)展、零碳動(dòng)力變革提供解決方案，推動(dòng)商用車行業(yè)加速“脫碳”，助推汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2022年3月，東風(fēng)汽車與清華大學(xué)共同研發(fā)的國內(nèi)首臺氨柴車用重型發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火。這款發(fā)動(dòng)機(jī)采用了雙燃料工作模式，采用柴油來引燃和助燃，具備燃料穩(wěn)定高效燃燒和更低排放控制的優(yōu)勢。2023年6月，一汽解放氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機(jī)在長春點(diǎn)火成功。2023年7月，廣汽集團(tuán)發(fā)布了全球首款乘用車氨發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)主要以液態(tài)氨為燃料，整體功率120kW，減碳率提升至90%。

綠氨車船燃料在全球推廣主要受可再生能源發(fā)電成本、各國碳稅政策影響。在當(dāng)前的綠電成本條件下，即使考慮碳稅的情況，綠氨仍未具備市場競爭力，還需要相當(dāng)長時(shí)間的市場培育期。

綠氨燃料除了綠電/綠氫成本高，尚不具備規(guī)?；茝V的成本競爭力外，推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還存在體積能量密度低、氮氧化物排放、有毒和高腐蝕性等問題的挑戰(zhàn)。

一是氨的體積能量密度較低。與車船用柴油相比，為使船舶、車輛達(dá)到相同的續(xù)航里程，氨燃料所需要的燃料艙的體積約為傳統(tǒng)燃油艙的3倍。

二是氨著火溫度高，燃燒不易，需要其他燃料引燃。氨燃燒所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)較強(qiáng)的氮氧化物（NOx），需要安裝針對NOx的選擇性催化還原處理裝置。日本郵船于2023年5月完成了全球首臺四沖程氨發(fā)動(dòng)機(jī)燃料穩(wěn)定燃燒陸上試驗(yàn)，測試的混合燃料中的氨燃料占比達(dá)80%，試驗(yàn)證實(shí)了一氧化二氮（N2O）和未燃燒氨的排放量幾乎為零。日本三菱在小型燃?xì)廨啓C(jī)上的氨直接燃燒試驗(yàn)結(jié)果表明，氮氧化物排放可滿足尾氣排放要求。

三是氨具有一定的毒害性。氨直接接觸人體會刺激和燒傷皮膚，吸入會造成呼吸道損傷，高濃度的氨會引起氨中毒，導(dǎo)致昏迷，甚至危及生命。車船設(shè)計(jì)時(shí)需考慮避免氨燃料泄漏等安全措施。

四是氨具有腐蝕性。接觸氨蒸氣與空氣混合物會引起船舶貨艙、車身鋼架的腐蝕，導(dǎo)致車船結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕開裂，因此需要有針對性地選擇合適的氨燃料艙材料。

隨著全球碳稅政策的持續(xù)優(yōu)化與推廣實(shí)施，氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)綠色安全穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)綠電價(jià)格隨新能源技術(shù)進(jìn)步降至0.20CNY/kWh左右，車船燃料碳關(guān)稅價(jià)格超過100EUR/t時(shí)，全球綠氨車船燃料將迎來大發(fā)展，綠氨作為零碳燃料在重型卡車和遠(yuǎn)洋船舶行業(yè)將越來越具有成本競爭力，見表4。

2.3.2綠氨用作儲氫載體的競爭力分析

氫儲能是一種新型儲能，包括直接儲氫或者轉(zhuǎn)換為氨等衍生物進(jìn)行儲存。氨作為儲氫載體使用，需要經(jīng)歷氨合成、液化、運(yùn)輸及再次提取氣態(tài)氫等過程，氨-氫轉(zhuǎn)化全過程工藝技術(shù)成熟。

《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》提出，要拓展氨儲能應(yīng)用領(lǐng)域，開展依托可再生能源制氨等更長周期儲能技術(shù)試點(diǎn)示范，制定氨儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足多時(shí)間尺度儲能應(yīng)用需求。氨的合成能耗與氫氣的液化能耗相當(dāng)，但相同體積液氨含氫元素量更高，同體積液氨比液氫多60%的氫元素。氨目前已實(shí)現(xiàn)更安全的運(yùn)輸、儲存和更便利的應(yīng)用，未來作為儲氫能載體具有相當(dāng)?shù)母偁幜Α?/p>

目前，氫氣儲運(yùn)方式主要有高壓鋼瓶儲運(yùn)、管道氣態(tài)加壓輸送、低溫液態(tài)氫儲運(yùn)、液態(tài)有機(jī)物儲運(yùn)、液氨儲運(yùn)和金屬固態(tài)氫儲運(yùn)等六種，見表5。

其中，管道氣態(tài)加壓運(yùn)輸成本最低，適用于氫氣大通量長距離陸上運(yùn)輸，但氫氣管道投資大，對安全性要求高，項(xiàng)目審批難度大。當(dāng)前國內(nèi)加氫站尚未普及，氫氣管道大通量長距離運(yùn)輸?shù)某杀緝?yōu)勢發(fā)揮不出來。隨著氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，管網(wǎng)終將成為氫氣低成本運(yùn)輸方式的最佳選擇。

高壓鋼瓶儲運(yùn)是將氫氣壓縮于高壓容器中，在各種儲氫方式中產(chǎn)業(yè)化條件最為成熟，適用于400km以內(nèi)中短距離氫氣儲運(yùn)。當(dāng)前儲氫鋼瓶有20MPa、35MPa和70MPa三種壓力等級，鋼瓶壓力越高，單位儲運(yùn)成本越低。

金屬固態(tài)氫儲運(yùn)是以金屬氫化物形式吸附氫，再加熱氫化物釋放氫，適用于氫氣長距離儲運(yùn)，但由于單位質(zhì)量儲氫密度低、技術(shù)尚未成熟，產(chǎn)業(yè)化還需時(shí)日。

低溫液態(tài)氫儲運(yùn)是氫氣在-253℃或10~15MPa條件下液化儲存與運(yùn)輸，液化成本較高，占儲運(yùn)成本80%以上，適用于氫氣大宗長距離儲運(yùn)，目前由于液氫儲存環(huán)境較為苛刻，液氫國內(nèi)僅用于航天工業(yè)，相關(guān)民用標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)發(fā)布。

液體有機(jī)氫載體儲運(yùn)是通過加氫形成飽和環(huán)狀化合物，儲運(yùn)后再脫氫提取氫氣，適用于氫氣大宗長距離儲運(yùn)，且安全性較高，但為降低氫儲運(yùn)全周期成本，避免返程運(yùn)輸，芳香環(huán)載體需異地消納。

液氨儲運(yùn)是通過氨合成、液化、運(yùn)輸及再氣化提取氫氣，氨在-33℃或1MPa條件下液化，加氫/脫氫成本占比85%以上，對運(yùn)距不敏感，適用于大宗氫氣中長距離儲運(yùn)，尤其是遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，是未來氫氣儲運(yùn)最具潛力的方式之一。

2.3.3綠氨用作發(fā)電燃料的競爭力分析

中國燃煤發(fā)電產(chǎn)生的CO2排放量約占排放總量的三分之一。由于氨燃燒不產(chǎn)生CO2，摻氨燃燒可以利用現(xiàn)有燃煤電廠設(shè)施，無須對鍋爐主體進(jìn)行大改造，是目前燃煤電廠降低二氧化碳排放的有效措施。

國家能源集團(tuán)2021年完成了燃煤鍋爐氨煤混合燃燒試驗(yàn)，在氨混燒比例達(dá)到35%時(shí)，燃燒穩(wěn)定性和燃盡率良好，氮氧化物排放可控。采用氨分級燃燒可提高燃燒效率且大幅降低NOx。同時(shí)，提高鍋爐燃燒室壓力、加入少量水和在煙氣循環(huán)氣流中加入少量還原劑NH3可有效降低氨在鍋爐中燃燒排放的NOx。

當(dāng)前，可再生能源不豐富、火力發(fā)電占比較高的國家是氨摻混燃燒發(fā)電的主要推動(dòng)者，主要以日本為代表。日本三菱動(dòng)力公司正在開發(fā)40MW完全用氨為燃料發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)，計(jì)劃2025年后投入商業(yè)使用。

未來隨著綠氨成本下降至0.20CNY/kWh左右，且國內(nèi)碳稅預(yù)測價(jià)格在120~160 CNY/t的條件下，氨燃料電站將可平價(jià)代替LNG或燃煤電站，見表6。

氨作為燃料，以燃料電池的方式發(fā)電，相比氨直接燃燒具有更高的熱效率以及更低的噪聲，是未來具有產(chǎn)業(yè)化潛力的技術(shù)路線。按照供氨方式的不同，可以分為直接氨燃料電池和間接氨燃料電池，目前都處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化初期階段。

2022年初，我國自主研發(fā)的首座3kW級氨燃料電池發(fā)電站成功發(fā)電并平穩(wěn)運(yùn)行，該發(fā)電裝置采用低溫氨分解催化劑在線制氫，供應(yīng)氫燃料電池發(fā)電，屬于間接氨燃料電池。

2.3.4綠氨用作化工原料的競爭力分析

未來隨著“雙碳”政策不斷推進(jìn)，降低化石能源消費(fèi)總量及消費(fèi)過程中的碳排放強(qiáng)度是必然趨勢。綠氨作為具有潛力的綠色氮肥以及綠色化工品的主要原料，將有力推動(dòng)“綠氨+綠肥”、“綠氨化工”產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。

2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》中提出，要擴(kuò)大工業(yè)領(lǐng)域氫能替代化石能源應(yīng)用規(guī)模，積極引導(dǎo)合成氨、甲醇等行業(yè)向低碳工藝轉(zhuǎn)變，拓展清潔低碳?xì)淠茉诨ば袠I(yè)替代的應(yīng)用空間。

化石原料合成氨與綠氨工藝的主要區(qū)別在于制氫方式的不同，在不考慮合成等后續(xù)工藝差異的情況下，兩者成本比較主要體現(xiàn)在化石能源制氫與綠電制綠氫的成本對比上。

綠氫成本是影響綠氨作為化工原料發(fā)展的關(guān)鍵要素。畢馬威研究認(rèn)為，綠氨成本下降的90%的潛力來自綠電成本下降。隨著我國風(fēng)光電氫氨一體化技術(shù)的成熟和大規(guī)模商業(yè)化產(chǎn)線的建成，未來綠電成本有望進(jìn)一步下降?！吨袊?050年光伏發(fā)展展望》預(yù)測，到2035年，我國新增光伏裝機(jī)發(fā)電成本將降至0.20CNY/kWh。

隨著未來世界各國碳排放交易體系的落地和完善，高昂的碳成本和碳稅將有助于綠氨取得成本優(yōu)勢。當(dāng)綠電價(jià)格為0.18~0.22CNY/kWh時(shí)，綠氨在國內(nèi)初步具備與傳統(tǒng)合成氨競爭的可能，見表7。

綠氨產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，在全球范圍內(nèi)尚未形成規(guī)模，下游產(chǎn)業(yè)配套的技術(shù)與市場有待成熟。與化石能源為原料的合成氨相比，預(yù)計(jì)在2035年前綠氨作為化工原料使用還未形成有效競爭力，以天然氣為原料的低碳氨作為過渡時(shí)期的低碳能源，可在車船燃料、氨燃料發(fā)電等領(lǐng)域市場培育期間具備較強(qiáng)的競爭力。

3我國綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

一是持續(xù)開展綠氨技術(shù)創(chuàng)新，積極開發(fā)電解水制氫與合成氨新技術(shù)、新工藝，并加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨著催化和表面科學(xué)的不斷進(jìn)步，使人們能夠更深入地研究催化合成氨的反應(yīng)機(jī)理，推動(dòng)了多相催化、電催化、光催化、等離子體催化以及化學(xué)鏈技術(shù)合成氨的不斷發(fā)展。中國科學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)直接利用可再生電力在電解裝置中電催化還原N2合成NH3已引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

這項(xiàng)技術(shù)省去電解水制氫的過程，通過直接或間接的方式將氮?dú)怆娺€原生成氨。其合成反應(yīng)是通過電化學(xué)還原來驅(qū)動(dòng)的，而氫源來自于水，完全脫離Haber-Bosch工藝過程。同時(shí)此過程反應(yīng)條件溫和，原料來源豐富，比Haber-Bosch工藝減少約20%的能耗，非常具有發(fā)展前景。同時(shí)，高效電解水制氫與低溫低壓合成氨新技術(shù)耦合，可進(jìn)一步降低綠氨生產(chǎn)能耗，這些都是綠氨技術(shù)發(fā)展的重要方向。

二是積極發(fā)展綠氨下游產(chǎn)業(yè)鏈，開拓綠氨下游應(yīng)用新領(lǐng)域，制定綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展支持政策，發(fā)揮國內(nèi)產(chǎn)業(yè)上下游一體化優(yōu)勢，支撐綠氨產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。緊跟國際綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，發(fā)揮綠氨“零碳燃料”的綠色環(huán)保優(yōu)勢，優(yōu)先發(fā)展綠氨在船用燃料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈，在可再生資源獲取、碳交易、稅收等方面給予更多政策優(yōu)惠，鼓勵(lì)國內(nèi)上下游相關(guān)企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，推動(dòng)氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)裝備研發(fā)、氨燃料船舶設(shè)計(jì)，以及液氨儲運(yùn)與加注等配套設(shè)施建設(shè)發(fā)展。

三是建立綠氨產(chǎn)品綠色認(rèn)證體系與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對標(biāo)歐盟綠氨產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，建立我國的綠氨產(chǎn)品的碳足跡認(rèn)證體系，以及綠氨產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定綠氨產(chǎn)品市場準(zhǔn)入與認(rèn)證機(jī)制，大力培育綠氨產(chǎn)品國內(nèi)與出口市場。

 

文/陳科宇 徐金鑫 吳桂波 楊哲 陳嘉鴻 陳永利，中海石油化學(xué)公司 海洋石油富島公司，化工進(jìn)展

 

來源：能源情報(bào)