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氨能应用现状与前景展望

一、前言

在碳中和目标成为国际热点的背景下，氢气以其清洁能源属性被视为未来燃

料，许多国家积极开展技术研究并规划产业布局。氢气来源广泛，作为零碳燃料

具有燃烧极限范围宽、点火能量低、火焰传播速度快等优点，就能量传递本质而

言，绿氢才是实现碳中和目标的有效途径。然而，当前绿氢制取受限于电解水技

术的经济瓶颈和储存运输的安全隐患，配套基础设施建设缓慢，阻碍了氢能规模

应用的商业化进程。

致力于打造“氢社会”的日本在国际上首次提出了氨能概念即，在氢能大规模

使用之前，将合成氨视为承担绿电转化为零碳燃料的有效手段。从储能角度看，

氨可经催化分解制取氢气，解决氢能难以低成本、远距离输送及单一氢能“长尾”

问题，还可解决大规模绿氢如何使用的问题，延续氢能终端消费的产业链，进一

步壮大氢能产业规模。从能源角度看，氨的完全燃烧产物只有氮气和水，既可替

代部分煤炭为电力系统提供清洁燃料，也可替代部分化石能源为发动机提供清洁

燃料。在此背景下，许多国家正在积极开展氨能技术研发与规划布局。

氨能作为另一种具有战略价值的清洁能源，为实现能源结构快速调整、加快

碳中和进程提供了新选择。在我国，氨的生产、储运、供给等环节已成体系，拥

有良好的合成氨及氨利用基础条件，理应在未来全球氨能产业中占据重要地位。

本文系统分析氨能应用价值、应用现状、产业格局及产业规划等研究进展，据此

提出我国氨能产业发展举措，以期为氨能技术攻关、氨能产业培育壮大等研究提

供先导性、基础性参考。

二、氨能应用价值

（一）氨是一种氢载体

氨是富氢化合物，重量载氢能力高达17.6%，体积载氢效率是氢气的150%。

相比于氢气在常压下的极低液化温度（-283℃），氨在-33℃就能够被液化（或

者在常温下，9个大气压）。在成本上，同质量的液氨储罐是液氢储罐的0.2%~1%，

且液氨的单位体积重量密度是液氢的8.5倍。

据国际能源署（IEA）预计，2040年全球绿氢和蓝氢的需求总量将达到7.5

×10t。基于此情形，解决氢能供需矛盾的问题，首先要突破氢气低成本、远距

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离储存和运输的瓶颈。目前常用的氢储运方式有高压气态氢运输、液态氢运输、

深冷态氢高压运输三种，但每一种方法都很难操作，造成输运成本高昂并且效率

低下。相比而言，氨更容易液化储运。据核算，100km内液氨的储运成本为

150元/t，500km内液氨的储运成本为350元/t，仅为液氢储运成本的1.7%。

同时，使用氨现场制氢加氢一体站可以将氢气成本降低至35元/kg以下，按照

到2050年中国建设10000个氢气加气站的目标，可节省1000亿元人民币。

除此之外，相比于氢气，氨的爆炸极限范围（16%~25%）更窄，沸点更高，发

生火灾和爆炸的可能性更低。同时，氨具有刺激性气味，人体嗅觉即可检测到仅

为危险水平5%以下的浓度，泄漏容易被发现，更加安全可靠。因此，氨作为一

种优良的储氢载体，氢氨融合可成为最具潜力的新型储运方式，拓宽氢能产业应

用场景。

（二）氨是一种清洁燃料

氨作为一种无碳化合物，可由空气中的氮和水中的氢合成，完全燃烧时的产

物纯净无碳，因此，作为一种具有战略价值的可再生能源，氨能够直接燃烧实现

清洁供能。氨燃烧时的空燃比较低，在同等进气量（空气）条件下能提供更多的

能量，是一种高功率的清洁燃料。同时，氨燃烧的热损失比远低于氢气、汽油和

柴油等燃料，尾气带走的热损失小。虽然氨燃烧时产生的热值低，但是其辛烷值

高，抗爆性好，可以通过提供更高压缩比来提高动力系统的输出功率。在直接燃

氨加注情况下，运营商可以将现有加油站升级改造成加氨站，改造成本比新建加

氢站的投资成本低一个数量级，相当于新建加油站的投资成本。

（三）氨具有成熟的产业体系

在20世纪初，合成氨技术就已被成功开发出来并实现了工业化生产。作为

世界第二大化学品，合成氨具有完整的产业链结构和成熟的国际生产贸易体系，

其所用的原料来源广泛，长期应用过程中可避免供求失衡引起的价格大幅度波动。

在碳中和背景推动下，合成氨的所用氢源势必会由工业氢源发展成