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“异军突起”！绿氨大热不是“虚火”！
作者：化小北 来源：煤化工信息网 浏览次数：1566次 更新时间：2024-01-05
2023年8月8日，国家标准委与国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、应急管理部、国家能源局等部门联合印发《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》（以下简称《指南》）。这是国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南。文末附原文及158项氢能标准规划，其中部分为国家强制标准。
文件指出，到2025年，支撑氢能制、储、输、用全链条发展的标准体系基本建立，制修订30项以上氢能国家标准和行业标准。重点加快制修订氢品质检测、氢安全、可再生能源水电解制氢、高压储氢容器、车载储氢气瓶、氢液化装备、液氢容器、氢能管道、加氢站、加注协议、燃料电池、燃料电池汽车等方面的标准，打通氢能产业链上下游关键环节。鼓励产学研用各方参与标准制定，支持有条件的社会团体制订发布团体标准，增加标准有效供给。同时，深度参与 ISO、IEC 国际标准化工作，积极提出氢能领域国际标准提案，逐步提高我国氢能国际标准化影响力。
绿氨产业兴起不是偶然，也不是虚火。基于生产工艺，绿氨与绿氢产业发展紧密相关。目前，碳中和、碳达峰是未来主要发展方向之一已成为各大国的共识，全球各国都在积极寻找下一代能源技术，绿氨正在成为近期全球关注的焦点。
吉林大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目
氨广泛应用于工业、农业领域，我国目前是全球最大的合成氨生产及消费国。根据毕马威发布的报告，从全球范围来看，2021年绿氨市场规模约为3600万美元，2030年预计将达到54.8亿美元，年均复合增长率可达74.8%。
日前，内蒙古包头市达尔罕茂明安联合旗国际氢能冶金化工产业示范区日产1800吨绿氨项目完成签约。项目总投资约120亿元，预计今年4月开工，2025年投入运行。采用绿氢和空气中的氮气为原料生产合成氨，建成后将成为我国首个全动态碳中和绿色合成氨项目。
氨广泛应用于工业、农业领域，我国是目前全球最大的合成氨生产及消费国。但长期以来，氨的制取主要依赖化石燃料，不仅存在能量转换效率偏低等问题，生产过程还排放大量二氧化碳。统计显示，煤制氨、天然气制氨的吨产品碳排放量分别约为 4.2吨、2.04吨，节能降碳潜力巨大。如今有了“绿氨”新路线，未来咋发展？
有政策支持 产业基础好
不同于以煤、气为原料，绿氨经由绿电、绿氢产生，工艺过程接近零碳。据国际能源署预测，在可持续发展情景中，基于电解水制氢及碳捕捉、封存技术，到2050年氨生产的碳排放强度有望下降78%。在“双碳”战略下，产业发展热情高涨。
据中讯化工信息研究院统计，截至今年2023年2月，全国规划的绿氨项目已接近50个，产能规模超过800万吨。其中，80%以上的项目集中在内蒙古、吉林两地，宁夏、甘肃、青海等地有少量分布。参与者既有国家能源集团、京能集团等央国企，也包括中国天楹、远景科技集团等民营企业。
“绿氨产业兴起不是偶然，也不是虚火。”该院资深分析师崔军告诉记者，基于生产工艺，绿氨与绿氢产业发展紧密相关。继去年初国家层面出台《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》后，多个省级氢能专项规划紧跟其后，并配套拿出重点绿氢项目名单。在此指引下，绿氨发展有了实实在在的依托。
以目前国内在建最大的绿氢合成绿氨创新示范项目——大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目（以下简称“大安项目”）为例，主体建设单位国家电投吉电股份大安吉电绿氢能源有限公司总经理梁宏表示，项目的启动实施为吉林省“氢动吉林”行动提供了有力支撑，吉林省有关政策的出台也为后续二期项目的规划建设提供契机与支持。同时，吉林西部作为全国风能、太阳能资源最优越的区域之一，已被纳入国家重点发展的九大清洁能源基地规划，风电、光伏发电成本较低，资源优势明显。
“以项目所在地为中心，半径300公里范围内，涵盖了大庆、长春等主要城市，便于满足下游产品需求。通过公路、铁路运输至珲春或大连口岸，产品还可进入国际市场。”梁宏介绍，项目建成后，每年可减碳约65万吨，目前已与多家企业达成合作意向。
效益可提升 技术待突破
火热之下有隐忧。多位人士一致表示，绿氨产业整体尚处萌芽阶段，面临着多重困境。
首先是项目经济性。梁宏坦言，大安项目动态总投资为59.5亿元，经测算资本金内部收益率可达4.57%，具有一定的经济可行性。“但是要想比肩传统煤制路线，最需要克服的难题仍是成本。”
梁宏称，作为绿氨制取的核心环节，绿电制氢成本主要取决于电价，仅此一项就占到生产总成本的70%左右。绿电转化项目与大电网连接，又受到环境影响，上网和下网电价没有补贴，导致绿电制氢的成本仍然高于传统路线。“未来，随着制氢合成氨技术更新迭代，设备耗电量将会降低，合成氨价格预计呈增长态势，项目收益率有望增高。”
崔军认为，解决经济性的关键在于技术突破。“技术革新不仅涉及成本问题，还事关项目能否稳定运行。生产原料和工艺变了，不同于传统合成氨路线的长周期稳定生产，可再生能源发电本身具有间歇性，导致绿氢合成绿氨系统的波动性较强。要适应变化，各环节装置及工艺都需进一步优化，开发真正适合绿氨的生产方案。目前，这样的工业化技术还不成熟。”
宁夏氨氢产业联盟秘书长邓立涛提出，在可再生能源资源丰富的地区布局绿氨项目具有先天优势，但长远来看，也要谨防扎堆带来的同质化竞争隐患。“既要看到上游制取基础，也要结合实际需求，考虑下游应用。立足于风光资源、消纳市场、运输半径等条件，综合考量才有可能进一步降本。比如宁夏当地的吴忠太阳山开发区中国氨氢谷综合能源一体化项目，以太阳山开发区为中心点，布局开发光伏制氢、合成绿氨工厂等项目。我们不仅要耦合开发区内的煤化工、油化工企业用氢、用氨需求，还计划将绿氨转运至氢能城市示范群相关城市。”
发展前景好 产业盼联通
根据毕马威在2022年12月发布的报告《绿氨行业概览与展望》，从全球范围来看，2021年绿氨市场规模约为3600万美元，2030年预计将达到54.8亿美元，年均复合增长率高达74.8%。除了现有应用，绿氨还可拓展作为储运氢载体，实现氢的低成本运输；用于集装箱船等大型船舶远航领域，成为未来航运业脱碳的主力燃料之一；推进火电机组掺烧氨或纯氨等低碳燃料，为电力行业提供减碳方案。
面对广阔前景，全行业如何发力？上述报告建议，在产业萌芽时期，由政府出台政策引导发展，化工、能源等相关企业可密切关注产业动态、紧跟政策导向，抓住先发优势布局绿氨产业链。同时，紧密关注并跟随产业发展进行技术攻关，结合自身资源情况，改造传统合成氨工厂或新建可再生能源氨工厂，设计一条适合企业战略和自身实际的路径。
“目前，相关产业扶持政策多集中在制氢环节，下游产业链及相关产品几乎没有。希望可以针对绿氢制绿氨及相关产业出台政策，不仅可以帮助先试先行的企业减轻投资压力，还可以更好地推进更多项目落地。”梁宏道出诉求。此外，他认为示范项目采用多种技术创新和管理创新，诸如离网制氢、大规模储氢等研发的投入较高，希望主管部门进一步予以支持，大力推动储能、储氢、水电解制氢等先进技术研发及商业化进程。
另有来自化工领域的专家提出，传统合成氨制取属于成熟化工项目，绿氨发展可打破与化工、电力行业的壁垒，实现电-氢-氨化产业有效联通。在此基础上，支持可再生能源发电侧制绿氢合成氨项目，制定电-氢-氨化与电网互济用电政策，分类指导、稳步推进荒漠、戈壁、沙漠等可再生能源配套的电解水制氢合成氨选址单独设立化工园区等。
氨由于其在储存和运输方面的明显优势，正在从最传统的农业化肥领域向能源领域拓展。今年初，国家发改委联合其他部委连发两文，提出逐步引导原本高耗能的传统合成氨优化原料结构和生产技术、淘汰落后低效产能，向绿氨发展；以及探索开展可再生能源制氢在合成氨等行业替代化石能源的示范等。
未来合成氨市场将进一步由传统合成氨向绿氨转移，绿氨的市场规模必将得到进一步释放。
氨是生产及应用最广泛的化学品之一
氨目前是世界上生产及应用最广泛的化学品之一，主要用于制作硝酸、化肥、炸药以及制冷剂等。目前全球八成以上的氨用于生产化肥。
就我国而言，氨主要分农业、工业、储能(新增用途）等三大用途。从2020年的数据来看，农业用氨占比71%，工业使用占比29%。随着未来化肥效能的进一步提升，农业用氨占比将逐年减少，到2050年下降到20%；工业用氨将在2035年达到顶峰，占比约54%，再逐年下降，到2050年占比为30%，与2020年水平基本持平；储能用氨将在2030年后进入快速发展期，到2050年达到50%的占比，是未来合成氨产业发展的主要动力。
1）目前全球氨产量约2.53亿吨，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“大户”。中国2020年数据显示，化工行业中氨的碳排放量为2.2亿吨，位居首位，略高于炼油行业。未来基于化石燃料的传统合成氨工业很难持续，积极寻找绿色制氨方案，逐步实现高效、低能耗、低排放、可持续的氨生产，是亟待解决的能源技术挑战。
2）由于氢气是氨的主要生产原料，因此根据制氢过程中碳排放量的不同，也可以将氨进行颜色分类为灰氨、蓝氨、蓝绿氨和绿氨四类。
绿氨产业链图
中国合成氨市场规模为千万吨级，规模位居全球第一。根据Wind数据，2021年总产量5,189万吨，占全球合成氨市场份额约30%，现阶段中国合成氨市场基本保持供需平衡。受国家双碳战略和供给侧改革的影响，传统合成氨向绿氨过渡已是必然趋势。
2022年2月，国家发改委等四部委联合发文《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》， 2022年3月发改委和能源局发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》均提出要加快发展绿氨。未来合成氨市场将进一步由传统合成氨向绿氨转移，绿氨的市场规模必将得到进一步释放。
绿氨应用领域集中在固碳、储氢、航运和掺混发电等场景
1.固碳载体：绿氨生产过程接近“零碳”，耦合CCS技术固定二氧化碳，有助于实现“双碳”目标。o 2021年我国合成氨碳排放量约2亿吨，氨自身的碳减排是重点，而经由绿电、绿氢产生的绿氨能够实现接近“零碳”排放。
1）氨耦合CCS捕捉二氧化碳，经过化学反应固定二氧化碳。天然气耦合CCS制取每吨氨的碳排放量可从1.8吨减少至0.1吨，煤耦合CCS制取每吨氨的碳排放量更是从3.2吨减少至0.2吨。
2）在可持续发展情境下，基于电解水制氢技术和CCS，到 2050 年氨生产的碳排放强度将下降 78%，其中通过电解水制氢合成绿氨减少的二氧化碳排放量将从今天的微乎其微提高到29%，通过CCS累计固定的二氧化碳占比为16%。
2.氢的载体：绿氨作为储运氢的载体，可实现氢的低成本远洋运输。
1）氨的特性适合储运氢。氨比氢气更容易液化，常压下氨气在-33°C可以液化，而氢气需要低于-253°C，且同体积的液氨比液氢多至少60%的氢。
2）氨的储运基础设施完善。氨有管道、船舶等多种运输方式，其中通过液氨运输一千克氢的远洋运输的成本为0.1-0.2美元，低于通过管道和轮船的氢运输渠道。
3）氢作为清洁能源具有较大发展潜力，作为氢载体的氨未来可期。氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，到2030年绿氢的产量将增长至770万吨，氨作为氢的载体达100万吨。
3.无碳燃料：绿氨是未来航运业脱碳的主力燃料之一。
1）在目前关注度较高的零碳能源中，绿氨动力船舶能量密度大大高于氢气，且可利用现有氨供应链和基础设施，在集装箱船等大型船舶远航领域具有较好的推广应用前景。航运业内普遍认为，绿氨是未来航运业脱碳的主力燃料之一。
2）据英国劳氏船级社预测，在2030-2050年间，氨能作为航运燃料的占比将从7%上升为20%，取代液化天然气等成为最主要的航运燃料；其次为氢能，占比从2030年的8%上升为19%，与氨能的重要性相当。
4.掺混发电：实现全球可持续发展愿景下，推进火电机组掺烧氨或纯氨等低碳燃料是发电领域碳减排的重要技术方向。
1）掺混燃烧发电能够为煤电厂提供减碳方案，弥补可再生能源发电的不稳定性、保障电力安全，以及为可再生能源生产条件不利的国家提供减碳的替代方案。
2）由于日本能源结构等因素影响，日本在氨能的开发利用上走在前沿。日本在2021 年制定了“2021-2050日本氨燃料路线图”，到2040年左右，建设纯氨发电厂。中国燃煤锅炉混氨实现35%掺烧比例，对于氨燃烧的反应动力学机理仍处于不断验证改进阶段，掺氨发电技术在燃煤发电厂的商业化进程中仍面临挑战。
国内外企业积极布局绿氨产业
全球绿氨产业发展处在产研结合和商业化早期阶段，但由于其广阔的市场前景，海外和中国企业竞相布局绿氢-绿氨赛道。
1）预计2025年以后，海外绿氨将主导氨的新增产能。已经有60多家企业宣布建立可再生氨工厂，主要分布在欧盟、澳大利亚和智利等，项目集中投产时间在2026年左右。
2）中国绿氨项目主要分布在可再生资源丰富区域。在“双碳”背景下，伴随着绿氢的发展，氢的载体绿氨也被化工和能源企业重视，多家国企和部分行业领先民企正在国内积极投资布局风光电氢氨一体化项目。全国规划的绿氨项目总产能约380万吨，其中，内蒙古今年获得备案的绿氨产能约180万吨。
3）建议能源、化工等相关产业可密切关注绿氨产业政策动态，紧跟国家绿氨政策导向，抓住先发优势，根据自身实际布局绿氨产业链。
吉电大安绿氨项目，他们的测算是“按照2018-2022五年均价3520计算，资本金内部收益率4.57%”。
内蒙古2023年开工28万吨绿氢项目，近9成用于绿氨。496亿！内蒙古2023年开工28万吨绿氢项目，近9成用于绿氨.最后有项目表。
实际上全球范围内，大型集中式绿氢项目也大多是耦合绿氨消纳绿氢。
绿氢耦合氮气，是绿氨；耦合碳捕集，可以合成甲醇和甲烷，为何只有氨获得了偏爱？仅仅是因为碳捕集麻烦或者成本高么？
01氨的简介
Brief introduction
氨，化学式为NH3，常温下是一种无色气体，易挥发，可燃，具有强烈刺激性气味。氨是世界上产量最多的无机化合物之一，可用于生产硝酸（制造炸药的原料之一）、化肥以及制冷剂等，而且它还是一种高能量密度（一定空间或质量物质中储存能量的大小）的零碳能源载体，且相对易储存。传统工业上合成氨主要通过一种叫做哈伯法的制备方法在高温高压下进行，能耗较大且产生污染。科学家一直在探索新的合成路线，用可再生能源发电作为驱动力，通过电化学催化的方式合成氨是目前较有应用前景的方式之一。
02氨的来源
Source
合成氨按照原料来源为棕氨、蓝氨和绿氨等3种。棕氨以煤、天然气等传统化石燃料为原料，生产中伴随大量的二氧化碳排放。蓝氨与棕氨类似，由化石能源制取，但不同的是，蓝氨通过CCS技术对生产过程中释放的CO2进行捕获和封存，二氧化碳排放量相比减少约85%。
绿氨以氢气为原料，利用可再生能源电解水制备H2，再与N2进行氨的合成。采用该方法，可在氨的全生命周期内实现“零碳”排放。
在我国辽阔的疆土上，分布着约3.3亿干瓦的风电装机和3.1亿干瓦的太阳能发电装机，而每年因为新能源的波动性造成弃电量约200亿度，选择氨作为能量储运形式，可以有效提高新能源的利用效率，通过“绿电”制取的"绿氨”就这样诞生啦！
03氨的产业结构链结构
Industrial structure chain structure
04
绿氨的用途
Purpose
【1】储氢
液氮比液氢具有更高的体积能量密度,体积载氢效率是氢气的1.5倍。氨气在常压下-33℃就可以液化,而氢气需要低于-253℃。另一方面,氨的工业化生产和应用已经有百余年的历史,技术体系和储运基础设施完备,有管道、船舶、公路拖车等多种运输方式。以液氨作为储氢载体,远洋运输1kg氢的成本为0.1~0.2美元,低于通过管道或轮船运输渠道,有望成为未来氢气储运的最佳方式之一。在2030-2050年间，氨能作为航运燃料的占比将从7%上升为20%，取代液化天然气等成为最主要的航运燃料。
（航运燃料中不同能源的使用占比预测图）
氢作为清洁能源具有较大发展潜力，作为氢载体的氨未来可期。氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，到2030年绿氢的产量将增长至770万吨，氨作为氢的载体达100万吨。
【2】发电
中国燃煤发电产生的二氧化碳排放量占二氧化碳排放总量的1/3左右,减少燃煤发电二氧化碳排放,推进火电机组掺烧氨或纯氨等低碳燃料是发电领域碳减排的重要技术方向。掺氨燃烧可以利用现有电厂设施,无需对锅炉主体进行大规模改造,成为现阶段降低燃煤电厂碳排放的可行性选择。
【3】航运无碳燃料
船舶运输是国际贸易的主要货运形式,其承担了全球贸易运输总量的90%以上。据统计,海运产生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的3~4%,碳减排需求显著。氨燃料高体积能量密度属性可以提高船体空间利用率,氨作为无碳燃料,可以从根本上减少二氧化碳排放,因此氨被认为是一种适合远洋货运的清洁燃料。
05绿氨的拓展知识
Expand the knowledge
