4
氨能主要公司和代表性项目
4．1海外
据香橙会研究院调查，全球绿氨市场的主要企业有： BP，OCI N．V．， ITM Power，Haldor Topsoe，thyssenkrupp Industrial Solutions，Yara， Air Liquide，Linde，Air Products and Chemicals，Hy2gen等。
4．2国内
4．2．1协鑫集团
作为中国最大的多晶硅生产商、太阳能产品制造商之一，协鑫集团近些年积极进军氢能产业，2021年8月，该公司宣布在埃塞俄比亚建立一家工厂，利用其与当地政府达成的协议开发油田生产的天然气生产氨。此外协鑫还将在吉布提建立一座年产400万吨的氨工厂，并将建立能将氨转化为约250万吨液氢的设施。
4．2．2中设集团
中设集团在阿拉伯国家广泛布局，在“一带一路”的交汇点阿联酋设立了CMEC中东区域中心，在巴林、伊拉克、沙特等国均设有子公司及代表处，目前在手执行项目合同金额达数十亿美元，业务类型涵盖电力、房建、工业、新能源等多个行业。中设集团将在西北市场开发第一个“绿氢”合成制取“绿氨”项目，“绿氨”产品将面向国际市场。中设集团开发的产品具有可接收25MPa、30MPa和50MPa管束车的功能，通过自动控制实现系统的自动切换，将来应用50MPa管束车无需改造。中设集团的撬装式固定站方案将所有设备橇装集成在一个模块中，形成橇装站的模块。建站速度快、占地面积小，投资节省，仅需提供电力供应；同时，加气规模较小，日加气量200kg／d，适用于车场新品试验或小型加氢站，内部设备的安全间距与现有的国标加氢站规范相违背，将在规范上突破。
4．2．3北京三聚环保公司
2018年，福州大学化肥催化剂国家工程研究中心与北京三聚环保公司等开发出世界首套以煤为原料的低碳安全高效“铁钌接力催化”合成氨成套新技术，实现年产20万吨合成氨装置上工业应用，打破了国外近30年的技术垄断。
4．2．4紫金矿业集团
2021年12月，福州大学、北京三聚环保公司、紫金矿业集团将出资约2．67亿元成立合资公司，由新公司出资约3千万元购买福州大学的技术服务。合作三方将进一步聚焦我国发展氢能产业化存在的“卡脖子”难题，利用福州大学在合成氨及“氨－氢”转化催化技术优势，产学研用融合，打造一支国家级“氨－氢”能源产业创新团队，共同建设氨工业催化国家工程研究中心，加快发展集绿氨产业、氢能产业及可再生能源产业于一体的“零碳循环”的万亿级产业链。
4．2．5宁夏电力投资集团
从2021年7月开始，太阳山开发区就聚集了国内氨氢行业顶尖力量，致力于“氨－氢能源”产业的研发、建设。氨、氢能源产业以太阳山开发区为中心点，辐射全国，包括热电联产项目、160万千瓦光伏发电项目、装备制造项目、制氢、合成绿氨工厂项目、电池储能项目、智能微电网项目、综合能源项目、氢能源重卡项目，计划5年内完成投资建设。通过全方位布局，全产业链引进项目投资，打通绿色能源上下游产业链，探索建立人才聚集高地，在太阳山打造“中国氨氢谷”。
5
绿氢合成氨技术及氨脱氢可行性分析
传统制氨时，国际上主要以天然气为合成氨的主要生产原料。但中国的天然气价格高昂且产量匮乏，对外依赖度较高，中国的合成氨工业主要以煤炭为主要生产原料，大概77％的合成氨来自于煤炭。而从碳排放的角度来讲，每吨煤制合成氨释放的碳排放也要高出每吨天然气合成氨释放的碳排放。合成氨主要是用氢气和氮气作为合成原料，变换反应仍然是碳排放的主要源头。在工艺流程中，煤气化反应会形成一氧化碳和氢气为主的粗合成气。
目前，合成氨行业做原料的氢气几乎都是化石原料生产的灰氢，一部分来自于煤气化过程，另一部分来自于变换反应。对于合成氨工业来讲，使用低碳绿氢替代高碳灰氢，将是降低合成氨行业碳排放的有效途径之一。这样合成氨反应并不涉及碳元素，所以合成氨行业可以在绿色化过程中舍弃煤炭，直接使用可再生能源水电解制造的绿色氢气和空气中空分得到的氮气合成氨。如果中国目前所有的合成氨都采用绿氢生产，每年碳排放量可以减少一亿吨以上。同时，如果使用绿氢生产，还可避免对天然气、煤炭等化石能源的消耗，有利于建设环境友好型社会，每年的煤炭消耗减少量可接近五千万吨。
若用绿氢替代煤生产绿氨，则绿氨成本主要由原料成本（绿氢生产成本和氮气生产成本）和设备折旧、公用设备（主要为电力）等其他成本组成。假设原料成本占总成本比例约70％，其余部分占30％。
根据质量守恒定律。
在煤炭价格处于正常范围时（700－900元／吨），传统合成氨的成本范围在1900－2200元／吨。此时在有丰富可再生电力且电价低廉（0．1元／度）的地区，绿色合成氨的生产成本可以和传统煤制合成氨相竞争。在煤炭价格处于历史高点时（1500－2000元／吨），传统合成氨的成本将超过3000元／吨。此时在电价到达0．2元／度的地区，绿色合成氨的生产成本也可以和传统合成氨相竞争。
当电价为0．1元／度时，绿色合成氨成本大概在2200元／吨左右。这个价格实际上已经和传统合成氨成本相接近，但是前提是在煤炭价格处于正常范围。2021年的煤炭价格几乎达到了历史最高点，一度超出了2000元／吨。当煤炭价格更高的时候，传统合成氨的成本也将水涨船高。此时，当电价为0．2元／度时，绿色合成氨的成本也可以和传统合成氨相匹敌。
所以未来以绿氢为主导的绿色合成氨产业具备一定经济性，当然这是在我们拥有大量丰富可再生能源电力以及成熟水电解技术前提下。
传统氨分解制氢由于能耗高，因此，成本较高。据香橙会研究院调研获悉，传统氨分解制氢成本超过17元／kg（合成氨原料成本取均值2500元／吨）比煤制氢超出30％。因此工业上几乎很少采用氨分解制氢。
6
绿氢合成氨技术及氨脱氢可行性分析
随着全球对减少温室气体排放需求的日益增加，以及所采用节能技术的增多，这些因素将推动绿氨市场的增长。但面对市场上的高初始资本投入，加上对人们对绿色氨技术缺乏认知，该市场的增长会受到些许阻碍。
据Research Nester的研究调查，全球绿氨市场规模预计将从2021年的1600万美元继续增长，预计到2030年将达到5．415亿美元，预测期内的年复合增长率（CAGR）为90．2 ％。预计2028年全球绿色合成氨市场将获得8．513亿美元的营收，高于2019年的13．15亿美元，在预测期内增长了62．84 ％。随着使用碱性水、固体氧化物电解、质子交换膜等生产绿色氨的技术增多，采用智能技术实现脱碳目标的方案增加，该市场也将得到增长。
图3 全球绿氨市场分析图
6．1按地区划分
将全球绿色氨市场细分为北美、欧洲、亚太和世界其他地区。其中，预计到2028年底，欧洲市场将占据最大的市场份额，实现558．03亿美元的营收，高于2019年的7．49亿美元，预测期间最高增长率为65．37 ％。在该地区的国家中，预计荷兰市场在2028年将拥有最大的市场收入（227．12亿美元），而德国市场在预计期内将以86．35 ％的最高CAGR增长。
另一方面，预计2028年亚太地区市场将占据第二大份额，实现190．69亿美元的营收。该地区的市场按照国家分为中国、日本、澳大利亚和其他亚太地区，其中中国市场有望在整个预测期内占有最大的市场份额，2028年的市场收入为638．8万美元，高于2019年的38万美元。预计中国市场也将以预测期内最高CAGR（年复合增长率）为79．41 ％的速度增长。
6．2按技术划分
全球绿色氨市场在技术基础上可细分为碱性水电解、PEM水电解、SOEC水电解。其中，SOEC水电解预计在2028年将拥有最大的市场收入，约为496．38亿美元。
7
结语
对我国来说电力领域、工业领域是碳排放的主要来源，如果氨能源能够替代化石能源，成为新型燃料，将大大有助于我国实现2060年碳中和的目标。
我国有非常成熟的氨运输和分配体系，氨更安全、更易储运，且同体积的液氨比液氢多至少60％的氢，经济性优势凸显，因此以氨储氢、供氢、代氢是氢能的发展趋势之一。氢氨融合是国际清洁能源的前瞻性、颠覆性、战略性的技术发展方向，是解决氢能发展重大瓶颈的有效途径，同时也是实现高温零碳燃料的重要技术路线。
但需要注意的是，尽管国外已逐步开展氨氢融合应用项目，但国内的研究与应用仍较少。若要氨燃烧落实到具体应用层面，氨燃料仍存在技术挑战。首先，氨燃烧速度和热值较低，且远低于氢，不利于高效率的工业应用，其次，氨不太容易点燃和实现稳定燃烧。此外，实现大规模的氨氢转换与储运，需要在大容量储运设备、催化剂等方面进行进一步技术攻关。
但是，绿氨只有在完善的碳交易体系加持下，且拥有丰富可再生能源电力及成熟的水电解制氢技术的情况下，才能得到大力的发展，才能具备和传统制氨相竞争的潜力。
不论是氨－氢，还是氨直接用作燃料，未来的能源格局是多样性的、相辅相成。实现碳中和需要保持开放心态面对每一条技术路线，多种能源形式互补共同助力碳中和。在整个全球能源转型的关键时期，开放、勇敢、创新是才是能源转型的主题精神。
原文标题 : 氨能研究：离产业化还有多远？
