9月14日，“氫動(dòng)吉林”首屆氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展論壇在長(zhǎng)春舉行，中國(guó)工程院院士彭蘇萍在論壇上表示，氫能液化成本高等難題限制了氫能遠(yuǎn)距離輸送，全球正進(jìn)入“氫2.0”時(shí)代，氫能產(chǎn)業(yè)向綠氨、綠色甲醇等“泛氫”能源方向發(fā)展。中國(guó)作為合成氨生產(chǎn)大國(guó)，在綠氨生產(chǎn)和氨能利用方面正在積極發(fā)力。

預(yù)計(jì)到2035年，中國(guó)的合成氨總消費(fèi)量將達(dá)1.2億噸，較2022年規(guī)模擴(kuò)大1.5倍，受?chē)?guó)家“雙碳”戰(zhàn)略和供給側(cè)改革的影響，如此大體量的傳統(tǒng)合成氨向綠氨過(guò)渡已是必然趨勢(shì)。

在碳達(dá)峰、碳中和的世紀(jì)熱潮中，世界各國(guó)都在積極尋找下一代能源技術(shù)，綠氨正在成為近期全球關(guān)注的焦點(diǎn)。相較于氫，氨由于其在儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面的明顯優(yōu)勢(shì)，正在從最傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)化肥領(lǐng)域向能源領(lǐng)域拓展。

2022年年初，國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合其他部委連發(fā)兩文，提出提出逐步引導(dǎo)原本高耗能的傳統(tǒng)合成氨優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)、淘汰落后低效產(chǎn)能，向綠氨發(fā)展；以及探索開(kāi)展可再生能源制氫在合成氨等行業(yè)替代化石能源的示范等。未來(lái)合成氨市場(chǎng)將進(jìn)一步由傳統(tǒng)合成氨向綠氨轉(zhuǎn)移，綠氨的市場(chǎng)規(guī)模必將得到進(jìn)一步釋放。

氨作為零碳燃料和氫能的載體，“氨-氫”能源密不可分，綠氫和綠氨之間存在著密切的生產(chǎn)和應(yīng)用關(guān)系，綠氨的直接生產(chǎn)原料是綠氫和空氣中的氮，且綠氨可以成為綠氫的儲(chǔ)運(yùn)載體，是實(shí)現(xiàn)未來(lái)綠色發(fā)展的重要支柱。

本文參考網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研報(bào)和報(bào)道，聚焦綠氨行業(yè)，從氨的簡(jiǎn)介和分類(lèi)入手，對(duì)全球市場(chǎng)、中日韓三國(guó)發(fā)展策略、重要應(yīng)用領(lǐng)域、綠氨成本趨勢(shì)、以及海內(nèi)外企業(yè)布局情況等方面進(jìn)行了詳細(xì)梳理，與各位同仁分享，共拓視野。

氨的化學(xué)分子式為NH3，常溫下是一種無(wú)色氣體，易揮發(fā)，可燃，其強(qiáng)烈刺激性氣味極具辨識(shí)度。氨目前是世界上生產(chǎn)及應(yīng)用最廣泛的化學(xué)品之一，主要用于制作硝酸、化肥、炸藥以及制冷劑等。

目前全球八成以上的氨用于生產(chǎn)化肥。就我國(guó)而言，目前氨主要分農(nóng)業(yè)、工業(yè)、儲(chǔ)能(新增用途)三大用途。

從2020年的數(shù)據(jù)來(lái)看，農(nóng)業(yè)用氨占比71%，工業(yè)使用占比29%。截至2021年年底，中國(guó)合成氨產(chǎn)能約為6.488×107t，占全球產(chǎn)能的1/3左右，較2020年同比增長(zhǎng)14.5%。

隨著未來(lái)化肥效能的進(jìn)一步提升，農(nóng)業(yè)用氨占比將逐年減少，到2050年下降到20%；工業(yè)用氨將在2035年達(dá)到頂峰，占比約54%，然后再逐年下降；到2050年占比為30%，與2020年水平基本持平；儲(chǔ)能用氨將在2030年后進(jìn)入快速發(fā)展期，到2050年達(dá)到50%的占比，是未來(lái)合成氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/span>

目前全球氨產(chǎn)量約2.53億噸，其中98%由化石能源制得，其碳排放占全球的1.8%，是全球碳排放“大戶”。中國(guó)2020年的數(shù)據(jù)顯示，化工行業(yè)中氨的碳排放量為2.2億噸，位居首位，略高于煉油行業(yè)。未來(lái)基于化石燃料的傳統(tǒng)合成氨工業(yè)將很難持續(xù)，積極尋找綠色制氨方案，逐步地實(shí)現(xiàn)高效、低能耗、低排放、可持續(xù)的氨生產(chǎn)，是亟待解決的能源技術(shù)挑戰(zhàn)。

20世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家Fritz Haber和Carl Bosch等人提出了Haber-Bosch法，在高溫高壓下以氮?dú)飧鷼錃?:3的比例合成氨，從而開(kāi)啟了合成氨大規(guī)模的工業(yè)化進(jìn)程，制成的化肥對(duì)增加全球糧食產(chǎn)量功不可沒(méi)。目前全球氨產(chǎn)量約2.53億噸，其中98%由化石能源制得，其碳排放占全球的1.8%1，是全球碳排放“大戶”。

由于氫氣是氨的主要生產(chǎn)原料，因此根據(jù)制氫過(guò)程中碳排放量的不同，也可以將氨進(jìn)行顏色分類(lèi)為以下四種類(lèi)別：

? 灰氨：使用傳統(tǒng)化石能源(天然氣和煤) 制成。

? 藍(lán)氨：生產(chǎn)原料氫由化石燃料提煉而來(lái)， 但在提煉過(guò)程采用碳捕捉和封存 技術(shù)(CCS)。

? 藍(lán)綠氨：甲烷熱解過(guò)程將甲烷 (CH4)分解為氫和碳。使用綠電將該過(guò)程中回收到的氫氣做為原料制氨。

? 綠氨：通過(guò)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電所產(chǎn)生的綠電電解水產(chǎn)生氫氣，再由空氣中的氮?dú)夂蜌錃夂铣砂薄?/span>

氨的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

? 綠氨是一種“零碳”能源，可以替代傳統(tǒng)的化石燃料，實(shí)現(xiàn)減排和環(huán)保。

? 氨具有高體積能量密度和易液化的特性，相比于氫氣更容易存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

? 氨燃料電池是氨能源化的重要技術(shù)，具有高度的燃料靈活性，可以直接使用氨作為燃料，同時(shí)產(chǎn)生氮和水作為副產(chǎn)品，減少對(duì)環(huán)境的污染。

? 氨作為一種富氫載體，具有豐富的來(lái)源和完善的存儲(chǔ)與運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)有100余年的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用歷史。

? 相比于傳統(tǒng)的氫氣電解過(guò)程，將可再生能源、水和空氣轉(zhuǎn)化為氨的“反向燃料電池”技術(shù)是一種更為綠色的方法，可以實(shí)現(xiàn)氫氣的生產(chǎn)和氨的制備一步到位，減少能源和成本的浪費(fèi)。

目前綠氨生產(chǎn)仍處于探索和起步階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模化仍有待時(shí)日。隨著公眾減碳意識(shí)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，相信綠氨的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將加快。

從全球范圍來(lái)看，2021年綠氨的市場(chǎng)規(guī)模約為3,600萬(wàn)美元, 到2030年，預(yù)計(jì)將達(dá)到54.8億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)74.8%，潛力可觀。

雖然現(xiàn)階段日本和韓國(guó)合成氨市場(chǎng)規(guī)模較小，但得益于兩國(guó)在氨燃料應(yīng)用領(lǐng)域的先進(jìn)研發(fā)進(jìn)展和政策扶持力度，預(yù)計(jì)到2035年，日本與韓國(guó)的綠色合成氨需求規(guī)模將呈十倍增長(zhǎng)。而日本韓國(guó)本國(guó)自產(chǎn)的合成氨規(guī)模十分有限，主要依賴進(jìn)口，未來(lái)日本韓國(guó)對(duì)于綠色合成氨的進(jìn)口需求規(guī)模巨大。

? 日本

2021年10月日本政府內(nèi)閣批準(zhǔn)的《第六次能源基本計(jì)劃》中預(yù)計(jì)，到2030年日本電力的供應(yīng)結(jié)構(gòu)將為：可再生能源占比36-38%，核能占比20-22%，氫能和氨能占比1%，燃煤火電占比19%，LNG(液化天然氣)火電占比20%，石油火電占比2%。而在上一版計(jì)劃的2030年展望中，不包含氫氨發(fā)電目標(biāo)。

與其他主要發(fā)達(dá)國(guó)家相比，日本的電力結(jié)構(gòu)中燃煤火電占比更高。2021年七國(guó)集團(tuán)中燃煤火電占比分別為：日本和德國(guó)29%，美國(guó)22%，加拿大6%，意大利5%，英國(guó)和法國(guó)2%。

雖然德國(guó)與日本一樣，高度依賴燃煤火電，然而德國(guó)的可再生能源在電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)中的占比在2021年已經(jīng)達(dá)到了42%，日本則僅有22%。德國(guó)計(jì)劃通過(guò)迅速增加可再生能源的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)脫碳，于2022年淘汰核電（實(shí)際完成時(shí)間為2023年4月15日），于2030年淘汰燃煤火電。

日本由于可再生能源較貧乏，電力行業(yè)脫碳需要依靠一方面大力發(fā)展可再生能源，另一方面則通過(guò)將氨與煤炭進(jìn)行混燒，并逐步提高混燒比例，最終實(shí)現(xiàn)氨專(zhuān)燒發(fā)電?！兜诹文茉椿居?jì)劃》中已明確提出，在2030年前實(shí)現(xiàn)燃煤摻燒20%氨的目標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)未來(lái)需要大量進(jìn)口綠氨或藍(lán)氨。

目前日本電力公司、石油公司和貿(mào)易公司等正越來(lái)越多地通過(guò)尋求海外合作的方式，開(kāi)拓未來(lái)的清潔氨來(lái)源。例如，日本最大的火力發(fā)電公司JERA和大型石油公司出光興產(chǎn)正在與全球最大的氨產(chǎn)商挪威Yara探索合作模式；綜合貿(mào)易公司三井物產(chǎn)則參與了阿布扎比國(guó)家石油公司(ADNOC)的清潔氨生產(chǎn)項(xiàng)目等。

? 韓國(guó)

在韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部2021年12月7日主持召開(kāi)的第二次氫氣和氨氣發(fā)電推進(jìn)會(huì)議上，韓政府宣布將2022年作為氫氣氨氣發(fā)電元年，并制定發(fā)展計(jì)劃和路線圖，力求打造全球第一大氫氣和氨氣發(fā)電國(guó)。

會(huì)議宣布，政府在2022年共將投入400億韓元用于有關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并于2023年前制定“氫氣和氨氣發(fā)電指南”，推廣有關(guān)技術(shù)在LNG發(fā)電站使用。

為推動(dòng)氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)發(fā)展，韓國(guó)加強(qiáng)電力國(guó)企和民企合作，韓政府計(jì)劃從2022年1月起開(kāi)展無(wú)碳環(huán)保氨氣發(fā)電技術(shù)聯(lián)合研發(fā)，斗山重工、現(xiàn)代重工和樂(lè)天精密化學(xué)等企業(yè)將參與合作。此外，韓國(guó)南部發(fā)電計(jì)劃明年起利用氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)，并在2024年后推動(dòng)氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)商用化。

2021年8月，由韓國(guó)蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所(UNIST)能源與化學(xué)工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)宣布取得技術(shù)突破，可將液態(tài)氨有效轉(zhuǎn)化為氫氣，為氨轉(zhuǎn)化成氫提供實(shí)際電化學(xué)可行途徑。

2021年9月，由韓國(guó)能源技術(shù)研究院、韓國(guó)化學(xué)研究院等五家機(jī)構(gòu)以及斗山重工業(yè)、樂(lè)天化學(xué)、三星工程、浦項(xiàng)鋼鐵等13家企業(yè)組建“碳中和的綠氨組織”，計(jì)劃全面開(kāi)發(fā) “綠氨生產(chǎn)-運(yùn)輸-提取-利用”的全周期技術(shù)。

在開(kāi)展項(xiàng)目建設(shè)方面，2022年，韓國(guó)電力、三星工程、樂(lè)天化學(xué)、浦項(xiàng)制鐵等頭部企業(yè)先后與馬來(lái)西亞、阿聯(lián)酋企業(yè)合作在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)綠氫和綠氨工廠，旨在向當(dāng)?shù)丶绊n國(guó)提供綠氫和綠氨。

? 中國(guó)

中國(guó)的合成氨市場(chǎng)規(guī)模為千萬(wàn)噸級(jí)，規(guī)模位居全球第一。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)，2021年總產(chǎn)量5,189萬(wàn)噸，占全球合成氨市場(chǎng)份額約30%，現(xiàn)階段中國(guó)合成氨市場(chǎng)基本保持供需平衡。俄羅斯、美國(guó)、印度等也是產(chǎn)氨大國(guó)，年產(chǎn)量均在1,000萬(wàn)噸以上。

未來(lái)，中日韓三國(guó)的合成氨市場(chǎng)增長(zhǎng)速度領(lǐng)先于世界，預(yù)計(jì)2035年將達(dá)到1.5億噸，其中作為燃料的動(dòng)力氨將達(dá)到0.9億噸，市場(chǎng)占比達(dá)60%，需要加快向綠氨轉(zhuǎn)型才能在滿足如此大市場(chǎng)需求的同時(shí)減少碳排放。

從中國(guó)來(lái)看，預(yù)計(jì)2035年合成氨總消費(fèi)量將達(dá)1.2億噸，較2022年規(guī)模擴(kuò)大了1.5倍，市場(chǎng)規(guī)模遠(yuǎn)高于日韓兩國(guó)。從動(dòng)力氨市場(chǎng)來(lái)看，由于日韓布局氨燃料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先于中國(guó)，預(yù)計(jì)中國(guó)動(dòng)力氨市場(chǎng)發(fā)展在2028年前不及日韓，之后發(fā)展加快且迅速起量。到2035年，預(yù)計(jì)中國(guó)動(dòng)力氨消費(fèi)量將達(dá)6,300萬(wàn)噸，為日韓總量的一倍以上。

受?chē)?guó)家“雙碳”戰(zhàn)略和供給側(cè)改革的影響，傳統(tǒng)合成氨向綠氨過(guò)渡已是必然趨勢(shì)。 2022年2月，國(guó)家發(fā)改委等四部委聯(lián)合發(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)》，提出逐步引導(dǎo)原本高耗能的傳統(tǒng)合成氨優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)、淘汰落后低效產(chǎn)能，向綠氨發(fā)展。

2022年3月發(fā)改委和能源局發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》也提到 “...積極引導(dǎo)合成氨等行業(yè)由高碳工藝向低碳工藝轉(zhuǎn)變，促進(jìn)高耗能行業(yè)綠色低碳發(fā)展...”、“...探索開(kāi)展可再生能源制氫在合成氨等行業(yè)替代化石能源的示范...”。

目前，合成氨的生產(chǎn)過(guò)程還未實(shí)現(xiàn)綠色，未來(lái)合成氨市場(chǎng)將進(jìn)一步由傳統(tǒng)合成氨向綠氨轉(zhuǎn)移，綠氨的市場(chǎng)規(guī)模必將得到進(jìn)一步釋放。

綠氨作為清潔能源，未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景多種多樣，除了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和工業(yè)用途外，還主要包括摻混發(fā)電、航運(yùn)燃料、固碳、儲(chǔ)氫等領(lǐng)域。

? 固碳載體：

綠氨生產(chǎn)過(guò)程接近“零碳”，耦合CCS技術(shù)固定二氧化碳，有助于實(shí)現(xiàn) “雙碳”目標(biāo)，主要有以下幾點(diǎn)原因：

? 綠氨的生產(chǎn)過(guò)程本身接近“零碳”，能夠大幅減少二氧化碳排放。合成氨的下游應(yīng)用主要分布在農(nóng)業(yè)和工業(yè)，農(nóng)業(yè)需求占75%左右，其中尿素占農(nóng)業(yè)總需求的55%。

目前氨的生產(chǎn)主要是灰氨，氨的原材料主要來(lái)自煤、天然氣等，在原材料合成氨的過(guò)程中，排放大量二氧化碳。2021年全球合成氨的二氧化碳直接排放量約為4.5億噸，其中，我國(guó)合成氨碳排放量約2億噸6，屬于化工子行業(yè)中的高碳排放行業(yè)。在應(yīng)對(duì)全球氣候變暖和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的背景下，基于煤和天然氣等化石燃料的傳統(tǒng)合成氨需要大幅減排。氨自身的碳減排是重點(diǎn)，而經(jīng)由綠電、綠氫產(chǎn)生的綠氨能夠?qū)崿F(xiàn)接近 “零碳”排放。

根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)預(yù)測(cè)，在可持續(xù)發(fā)展情景中，基于電解水制氫技術(shù)和CCS，到2050年氨生產(chǎn)的碳排放強(qiáng)度將下降78%，其中，通過(guò)電解水制氫合成綠氨減少的二氧化碳排放量將從今天的微乎其微，提高到29%。

? 氨耦合CCS捕捉二氧化碳，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)固定二氧化碳。尿素的原材料是氨，在氨合成尿素的階段耦合CCS，捕捉二氧化碳，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成尿素。綠氨耦合CCS技術(shù)，捕捉制氫、冶金、煉化、發(fā)電等行業(yè)排放的二氧化碳，將會(huì)實(shí)現(xiàn)尿素生產(chǎn)的接近“零碳”排放。

通過(guò)天然氣和煤制取氨耦合CCS可大幅降低二氧化碳排放量，天然氣耦合CCS制取每噸氨的碳排放量可從1.8噸減少至0.1噸，煤耦合CCS制取每噸氨的碳排放量更是從3.2噸減少至0.2噸。根據(jù)IEA計(jì)算，在可持續(xù)發(fā)展情景中，到2050年通過(guò)CCS累計(jì)固定的二氧化碳占比為16%。目前CCS技術(shù)最大挑戰(zhàn)是成本較高且尚未規(guī)?；瘧?yīng)用，未來(lái)隨著技術(shù)的成熟和普及，以制氫行業(yè)為例，疊加CCS技術(shù)的天然氣制氫和煤制氫成本將持續(xù)下降。

? 氫的載體：

綠氨作為儲(chǔ)運(yùn)氫的載體，可實(shí)現(xiàn)氫的低成本遠(yuǎn)洋運(yùn)輸。

氫氣在眾多清潔能源中，因?yàn)槿紵裏嶂蹈?，燃燒產(chǎn)物無(wú)污染，被認(rèn)為是最理想的清潔能源之一。但是，氫氣制取成本高、儲(chǔ)存及運(yùn)輸困難等問(wèn)題是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 “瓶頸”，限制了“氫經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展，氨被認(rèn)為是比較理想的儲(chǔ)運(yùn)氫的載體。

一方面，氨的特性適合儲(chǔ)運(yùn)氫。以氫氣為原料的液氨比液氫具有更高的體積能量密度，且氨比氫氣更容易液化，常壓下氨氣在-33°C就可以液化，而氫氣需要低于-253°C，且同體積的液氨比液氫多至少60%的氫。另外，氨具有特殊的氣味，為潛在的泄露提供了預(yù)警。

另一方面，氨的儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施完善，可實(shí)現(xiàn)氫的低成本遠(yuǎn)洋運(yùn)輸。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。氨有管道、鐵路、船舶、公路拖車(chē)和倉(cāng)庫(kù)等多種運(yùn)輸方式，其中通過(guò)液氨運(yùn)輸一千克氫的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)某杀緸?.1- 0.2美元，低于通過(guò)管道和輪船的氫運(yùn)輸渠道，可能是未來(lái)氫氣儲(chǔ)運(yùn)的最佳方式之一 。

液氨已經(jīng)在全球范圍內(nèi)開(kāi)展遠(yuǎn)洋貿(mào)易，全球滿足液氨裝卸的港口超過(guò)120個(gè)，2021年全球氨的出口約占總產(chǎn)量的10%。智利、中東、澳大利亞等作為世界上可再生能源資源較為豐富的地區(qū)已啟動(dòng)相關(guān)能源規(guī)劃，利用風(fēng)光發(fā)電制氫，之后利用氨作為氫的載體運(yùn)輸?shù)矫绹?guó)、歐洲、日本等市場(chǎng)。從可再生資源豐富的低成本地區(qū)進(jìn)口氨轉(zhuǎn)化成氫的成本為20美元/MWh，低于北歐通過(guò)海上風(fēng)能發(fā)電制取氫氣50美元/MWh的成本，已經(jīng)具有競(jìng)爭(zhēng)性，盡管前者在氫氨轉(zhuǎn)化中存在損失。

另外，氫作為清潔能源具有較大發(fā)展?jié)摿?，作為氫載體的氨未來(lái)可期。綠色、低碳的氫能有助于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。2022年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》，明確了氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分，也是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。根據(jù)中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，到2030年碳達(dá)峰情境下，我國(guó)氫氣的年需求量將達(dá)到約4,000萬(wàn)噸，其中可再生能源制氫約770萬(wàn)噸；到2060年碳中和的情境下，氫氣的年需求量將增至1.3 億噸左右，其中70%為可再生能源制氫。

鑒于氨是氫運(yùn)輸?shù)目煽績(jī)?chǔ)運(yùn)方式，以及氫的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將帶動(dòng)綠氨的發(fā)展，綠氨的發(fā)展空間廣闊。雖然目前氨運(yùn)輸方式不具有經(jīng)濟(jì)性，但是考慮到制氫成本的下降及技術(shù)的創(chuàng)新，未來(lái)氨運(yùn)輸方式有望快速增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)，氨作為氫的載體將從2030年的100萬(wàn)噸，增加到2050年的1.1-1.3億噸。

? 無(wú)碳燃料：

綠氨是未來(lái)航運(yùn)業(yè)脫碳的主力燃料之一。

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。船用動(dòng)力機(jī)特別是遠(yuǎn)洋船舶，需要較大的功率輸出，目前主要以燃油為主，會(huì)排放大量的二氧化碳。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%至4%。國(guó)際海事組織2018年通過(guò)了溫室氣體減排初步戰(zhàn)略，提出到2030年全球海運(yùn)碳排放與2008年相比至少下降40%，力爭(zhēng)到2050年下降70%。為實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)的減碳脫碳，清潔燃料替代化石能源是最具潛力的技術(shù)手段。遠(yuǎn)洋航行船舶載重噸位大、航程長(zhǎng)、靠港頻次低、燃料加注相對(duì)不便，需要使用能量密度較高的燃料和功率較大的動(dòng)力裝置。在目前關(guān)注度較高的零碳能源中，綠氨動(dòng)力船舶能量密度大大高于氫氣，且可利用現(xiàn)有氨供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施，在集裝箱船等大型船舶遠(yuǎn)航領(lǐng)域具有較好的推廣應(yīng)用前景。航運(yùn)業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，綠氨是未來(lái)航運(yùn)業(yè)脫碳的主力燃料之一。

據(jù)英國(guó)勞氏船級(jí)社預(yù)測(cè)，在2030-2050年間，氨能作為航運(yùn)燃料的占比將從7%上升為20%，取代液化天然氣等，成為最主要的航運(yùn)燃料；其次為氫能，占比從2030年的8%上升為19%，與氨能的重要性相當(dāng)。

目前，日本、韓國(guó)和歐盟在綠氨混合燃燒和用于船舶燃料方面的技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)研結(jié)合和商業(yè)化試點(diǎn)走在世界前列。其中，用于航運(yùn)業(yè)的氨燃料動(dòng)力船舶成為中國(guó)、韓國(guó)、日本和歐洲造船業(yè)共同關(guān)注和研究的焦點(diǎn)領(lǐng)域，中國(guó)船舶、川崎、現(xiàn)代重工等企業(yè)陸續(xù)宣布了氨動(dòng)力船舶的研發(fā)和交付計(jì)劃。

? 摻混發(fā)電：

實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展愿景下，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。

摻氨燃燒技術(shù)原理是利用可燃的氨氣替代一定比例的煤粉，摻混后進(jìn)入鍋爐共同燃燒，并通過(guò)控制火焰的軸向溫度和空燃比，抑制火焰內(nèi)氮氧化物的生成。與其他燃料相比，氨燃燒的相關(guān)技術(shù)還不成熟，當(dāng)氨燃燒不充分時(shí)，反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氮氧化物(NOx)，可能造成酸雨、臭氧空洞、光化學(xué)煙霧等大氣污染及其他環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于摻氨或純氨燃燒存在增加NOx排放的風(fēng)險(xiǎn)，可通過(guò)燃燒分級(jí)、燃燒組織優(yōu)化等方式有效調(diào)控?，F(xiàn)階段燃煤摻氨技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)研究和小規(guī)模示范階段，驗(yàn)證了技術(shù)可行性，擴(kuò)大到實(shí)際燃煤機(jī)組容量規(guī)模的應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步工業(yè)示范驗(yàn)證。

摻混燃燒發(fā)電，可以為煤電廠提供減碳方案、保障電力安全，主要有以下三個(gè)原因：

? 為剩余使用壽命仍然較長(zhǎng)的煤電廠提供減碳方案?；鹆Πl(fā)電仍在當(dāng)今世界占主導(dǎo)地位，到2030年，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中79%的燃煤和燃?xì)怆姀S仍有使用壽命，到2040年，這一比例將降至43%；在新興經(jīng)濟(jì)體，由于近期的投資，這一數(shù)字到2030年將達(dá)到83%，到2040年將達(dá)到61%12。根據(jù)巴黎協(xié)定，嚴(yán)重依賴化石燃料發(fā)電的國(guó)家需要做出非常重大的努力來(lái)實(shí)現(xiàn)脫碳，摻混氨燃燒發(fā)電是一種可行的減碳方式。

? 能夠彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性和間歇性，在向清潔能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中保障電力的安全。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源裝機(jī)量的增加，新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性和波動(dòng)性也相應(yīng)增加。氨燃燒性能良好，易液化、易儲(chǔ)存，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供與傳統(tǒng)火電類(lèi)型的可調(diào)節(jié)、可調(diào)度、可控制的電力電量支撐。

? 為可再生能源生產(chǎn)條件不利的國(guó)家，無(wú)論是價(jià)格還是潛在產(chǎn)能都不占優(yōu)勢(shì)的國(guó)家，提供了減碳的替代方案。風(fēng)、光等可再生資源分布不均勻，有些國(guó)家可再生資源少，通過(guò)可再生資源發(fā)電成本高，通過(guò)摻混氨發(fā)電能夠減少碳排放。

可再生能源不豐富、火力發(fā)電占比較高的國(guó)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。根據(jù)Yara的研究，到2050年對(duì)氨發(fā)電的需求為2000萬(wàn)噸(主要來(lái)自日本的需求)，僅占總需求的4%，在氨的所有用途中需求占比最小。

日本是氨摻混發(fā)電的主要推動(dòng)者，由于日本能源結(jié)構(gòu)等因素影響，日本在氨能的開(kāi)發(fā)利用上走在前沿，摻煤燃燒發(fā)電技術(shù)研發(fā)主要由日本推進(jìn)。

日本在2021年制定了“2021-2050日本氨燃料路線圖”，2025年前在火力發(fā)電廠中完成20%摻混氨燃料的示范驗(yàn)證；隨著摻燒氨技術(shù)的成熟，這一比例將上升到50%以上；到2040年左右，建設(shè)純氨發(fā)電廠。日本摻氨燃燒發(fā)電的最大挑戰(zhàn)是氨能源缺乏。要實(shí)現(xiàn)煤電廠20%的摻氨燃燒目標(biāo)，大約需要2000萬(wàn)噸氨，相當(dāng)于全球每年的氨貿(mào)易量。為了增加氨的供應(yīng)，日本計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)氨燃料年產(chǎn)量300萬(wàn)噸，到2050年實(shí)現(xiàn)氨燃料年產(chǎn)量3000萬(wàn)噸。日本國(guó)內(nèi)氨能源匱乏，主要通過(guò)進(jìn)口滿足需求，基于技術(shù)、成本等因素考慮，目前日本主要進(jìn)口藍(lán)氨；2030年以后，由于綠氨制取成本的下降和技術(shù)的成熟，日本開(kāi)始進(jìn)口綠氨，摻混發(fā)電燃燒碳排放更少，有助于日本構(gòu)建低碳電力系統(tǒng)和清潔能源體系。

日本的企業(yè)也在積極進(jìn)行摻氨燃燒探索。2017年，日本水島發(fā)電廠向155MW燃煤鍋爐中添加0.6%-0.8%的氨，首次實(shí)現(xiàn)了氨煤共燃，熱效率和氮氧化物(NOx)排放沒(méi)有受到影響，二氧化碳排放降低14。2021年10月，日本啟動(dòng)的碧南1000MW熱電廠進(jìn)行了20%混氨燃燒測(cè)試。日本三菱重工正在開(kāi)發(fā)40MW氨燃?xì)廨啓C(jī)將100%使用氨發(fā)電，并把選擇性催化還原與新型燃燒技術(shù)相結(jié)合，降低氨不完全燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物。

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34%左右，減少燃煤發(fā)電的二氧化碳排放，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵，研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)積極探索摻氨發(fā)電技術(shù)。

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，開(kāi)發(fā)了可靈活調(diào)節(jié)的混氨低氮煤粉燃燒器，并配備多變量可調(diào)的氨供應(yīng)系統(tǒng)，完成了對(duì)氨煤混燃技術(shù)的整體性研究，為更高等級(jí)燃煤鍋爐混氨燃燒系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)方案。然而，目前對(duì)于氨在不同工況下的燃燒特性，如點(diǎn)火延遲時(shí)間、火焰速度與結(jié)構(gòu)、燃燒極限、NOx生成特性等關(guān)鍵參數(shù)尚未完善，對(duì)于氨燃燒的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理也仍處于不斷驗(yàn)證改進(jìn)階段，摻氨發(fā)電技術(shù)在燃煤發(fā)電廠的商業(yè)化進(jìn)程中仍面臨挑戰(zhàn)。

由于全球不同地區(qū)可再生能源的豐富程度和技術(shù)成熟不同，通過(guò)可再生能源制取綠氫進(jìn)而生產(chǎn)綠氨的成本也不盡相同，2020年生產(chǎn)每噸綠氨的成本區(qū)間為720-1400美元。而在煤炭?jī)r(jià)格處于正常范圍時(shí)(100-130美元/噸)，通過(guò)煤等化石燃料制取每噸灰氨的成本為280-320美元；在煤炭?jī)r(jià)格處于歷史高點(diǎn)時(shí)(220-300美元/噸)，氨的成本將超過(guò)440美元/噸。

即使和煤炭?jī)r(jià)格處于歷史高點(diǎn)時(shí)氨的成本相比，現(xiàn)階段綠氨成本仍然較高，不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著可再生能源發(fā)電成本的下降及風(fēng)光電氫氨一體化技術(shù)的成熟，綠氨的成本將顯著降低。根據(jù)IRENA（國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)），到2030年綠氨的生產(chǎn)成本區(qū)間為475-950美元，2050年綠氨的生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降為310-610美元。

綠氨制取成本包括電的成本、電解槽成本和運(yùn)營(yíng)成本等，其成本下降來(lái)自綠電成本下降、技術(shù)創(chuàng)新等多方面。

以2030年綠氨生產(chǎn)的最低成本為例，到2030年，綠氨生產(chǎn)成本將從2020年的每噸720美元下降到475美元，其中，綠電成本下降約占綠氨成本下降的90%，電解槽成本下降約占7%，運(yùn)營(yíng)成本下降約占3%。綠電成本下降是導(dǎo) 致綠氨成本下降的最主要因素，隨著風(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，綠電成本有望進(jìn)一步下降。

2021年，太陽(yáng)能和陸上風(fēng)電的平均平準(zhǔn)化度電成本 (LCOE) 分別為39 美元/MWh和43美元/MWh，意味著每噸氨的電力成本為390-430 美元?？稍偕茉吹倪M(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)致太陽(yáng)能和風(fēng)能的LCOE低于20美元/MWh，每噸氨的電力成本將低于200美元17。另外，隨著未來(lái)世界各國(guó)碳排放交易體系的落地和完善，高昂的碳成本和碳稅將倒逼綠氨具有比較成本優(yōu)勢(shì)。

但是綠氨發(fā)展仍面臨不確定性。IEA、IRENA等國(guó)際能源組織對(duì)綠氨未來(lái)需求的預(yù)測(cè)多是基于1.5°C減排目標(biāo)，建設(shè)綠色低碳的社會(huì)是推動(dòng)綠氨發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素。

但是今年以來(lái)，由于俄烏沖突、世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩等因素導(dǎo)致一些國(guó)家沒(méi)有完成碳減排的目標(biāo)，部分歐洲國(guó)家在能源價(jià)格飆漲情況下，重新開(kāi)始啟用煤等化石能源燃料，可再生能源發(fā)電推進(jìn)可能滯后。在這種背景下，全球推動(dòng)碳減排的力度和成效不及預(yù)期，未來(lái)綠氨發(fā)展可能面臨動(dòng)力不足問(wèn)題。

目前，全球綠氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展處在產(chǎn)研結(jié)合和商業(yè)化早期階段，但由于其廣闊的市場(chǎng)前景，目前全球和中國(guó)企業(yè)競(jìng)相布局“綠氫-綠氨”賽道。

根據(jù)IEA，在可持續(xù)發(fā)展情境下，到2050年，氨產(chǎn)業(yè)累計(jì)投資份額和生產(chǎn)份額緊密聯(lián)系，中國(guó)是氨生產(chǎn)份額最大的國(guó)家，同時(shí)也是氨累計(jì)投資份額最大的國(guó)家，占比22%；印度、中東、歐盟和美國(guó)分別占比12%、10%、8%和8%。

目前，全球多數(shù)公司生產(chǎn)生產(chǎn)的氨是灰氨，運(yùn)營(yíng)中的可再生氨工廠非常少。隨著全球?qū)μ紲p排的重視和綠色可持續(xù)發(fā)展的推進(jìn)，在過(guò)去三年中，已經(jīng)有60多家企業(yè)宣布建立可再生氨工廠，以及多家化肥公司對(duì)現(xiàn)有的化石合成氨工廠進(jìn)行改造，項(xiàng)目集中投產(chǎn)時(shí)間在2026年左右。

預(yù)計(jì)到2025年以后，可再生氨將主導(dǎo)氨的新增產(chǎn)能。海外可再生氨工廠的設(shè)立，主要分布在風(fēng)光等可再生資源豐富和對(duì)“零碳”承諾響應(yīng)程度較高的國(guó) 家，例如歐盟、澳大利亞和智利等。

從我國(guó)的氨能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況來(lái)看，在“雙碳”背景下，伴隨著綠氫的發(fā)展，氫的載體綠氨也被化工和能源企業(yè)重視，以國(guó)能、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)也正在國(guó)內(nèi)積極投資布局風(fēng)光電氫氨一體化項(xiàng)目。綠氨項(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)劃的綠氨項(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)。

在全球綠色能源轉(zhuǎn)型和能源安全的大背景下，綠氫與綠氨相伴而生，都被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)綠色降碳的重要實(shí)現(xiàn)途徑。

一方面，在綠氨產(chǎn)業(yè)處于萌芽時(shí)期，政府通過(guò)出臺(tái)政策引導(dǎo)綠氨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，化工、能源等相關(guān)企業(yè)可密切關(guān)注綠氨產(chǎn)業(yè)政策動(dòng)態(tài)，緊跟國(guó)家綠氨政策導(dǎo)向，抓住先發(fā)優(yōu)勢(shì)，布局綠氨產(chǎn)業(yè)鏈。

另一方面，對(duì)于考慮進(jìn)入氫氨等無(wú)碳燃料的企業(yè)或有迫切能源轉(zhuǎn)型的企業(yè)，應(yīng)緊密關(guān)注并跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，并結(jié)合自身資源情況改造傳統(tǒng)的合成氨工廠或新建可再生能源氨工廠，設(shè)計(jì)一條適合企業(yè)戰(zhàn)略和自身實(shí)際的路徑。

本文參考來(lái)源

1、研報(bào)《固碳、儲(chǔ)氫、航運(yùn)燃料、 摻混發(fā)電:綠氨行業(yè)概覽與展望》（畢馬威中國(guó)）

2、《綠氫“最強(qiáng)CP”綠氨，能跟著萬(wàn)億級(jí)風(fēng)口起飛嗎？》（公眾號(hào)ESG 2023.9.10）?