4

氨能主要公司和代表性項目

4．1海外

據(jù)香橙會研究院調(diào)查，全球綠氨市場的主要企業(yè)有：  BP，OCI N．V．， ITM Power，Haldor Topsoe，thyssenkrupp Industrial Solutions，Yara， Air Liquide，Linde，Air Products and Chemicals，Hy2gen等。

4．2國內(nèi)

4．2．1協(xié)鑫集團

作為中國最大的多晶硅生產(chǎn)商、太陽能產(chǎn)品制造商之一，協(xié)鑫集團近些年積極進(jìn)軍氫能產(chǎn)業(yè)，2021年8月，該公司宣布在埃塞俄比亞建立一家工廠，利用其與當(dāng)?shù)卣�府達(dá)成的協(xié)議開發(fā)油田生產(chǎn)的天然氣生產(chǎn)氨。此外協(xié)鑫還將在吉布提建立一座年產(chǎn)400萬噸的氨工廠，并將建立能將氨轉(zhuǎn)化為約250萬噸液氫的設(shè)施。

4．2．2中設(shè)集團

中設(shè)集團在阿拉伯國家廣泛布局，在“一帶一路”的交匯點阿聯(lián)酋設(shè)立了CMEC中東區(qū)域中心，在巴林、伊拉克、沙特等國均設(shè)有子公司及代表處，目前在手執(zhí)行項目合同金額達(dá)數(shù)十億美元，業(yè)務(wù)類型涵蓋電力、房建、工業(yè)、新能源等多個行業(yè)。中設(shè)集團將在西北市場開發(fā)第一個“綠氫”合成制取“綠氨”項目，“綠氨”產(chǎn)品將面向國際市場。中設(shè)集團開發(fā)的產(chǎn)品具有可接收25MPa、30MPa和50MPa管束車的功能，通過自動控制實現(xiàn)系統(tǒng)的自動切換，將來應(yīng)用50MPa管束車無需改造。中設(shè)集團的撬裝式固定站方案將所有設(shè)備橇裝集成在一個模塊中，形成橇裝站的模塊。建站速度快、占地面積小，投資節(jié)省，僅需提供電力供應(yīng)；同時，加氣規(guī)模較小，日加氣量200kg／d，適用于車場新品試驗或小型加氫站，內(nèi)部設(shè)備的安全間距與現(xiàn)有的國標(biāo)加氫站規(guī)范相違背，將在規(guī)范上突破。

4．2．3北京三聚環(huán)保公司

2018年，福州大學(xué)化肥催化劑國家工程研究中心與北京三聚環(huán)保公司等開發(fā)出世界首套以煤為原料的低碳安全高效“鐵釕接力催化”合成氨成套新技術(shù)，實現(xiàn)年產(chǎn)20萬噸合成氨裝置上工業(yè)應(yīng)用，打破了國外近30年的技術(shù)壟斷。

4．2．4紫金礦業(yè)集團

2021年12月，福州大學(xué)、北京三聚環(huán)保公司、紫金礦業(yè)集團將出資約2．67億元成立合資公司，由新公司出資約3千萬元購買福州大學(xué)的技術(shù)服務(wù)。合作三方將進(jìn)一步聚焦我國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)化存在的“卡脖子”難題，利用福州大學(xué)在合成氨及“氨－氫”轉(zhuǎn)化催化技術(shù)優(yōu)勢，產(chǎn)學(xué)研用融合，打造一支國家級“氨－氫”能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊，共同建設(shè)氨工業(yè)催化國家工程研究中心，加快發(fā)展集綠氨產(chǎn)業(yè)、氫能產(chǎn)業(yè)及可再生能源產(chǎn)業(yè)于一體的“零碳循環(huán)”的萬億級產(chǎn)業(yè)鏈。

4．2．5寧夏電力投資集團

從2021年7月開始，太陽山開發(fā)區(qū)就聚集了國內(nèi)氨氫行業(yè)頂尖力量，致力于“氨－氫能源”產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、建設(shè)。氨、氫能源產(chǎn)業(yè)以太陽山開發(fā)區(qū)為中心點，輻射全國，包括熱電聯(lián)產(chǎn)項目、160萬千瓦光伏發(fā)電項目、裝備制造項目、制氫、合成綠氨工廠項目、電池儲能項目、智能微電網(wǎng)項目、綜合能源項目、氫能源重卡項目，計劃5年內(nèi)完成投資建設(shè)。通過全方位布局，全產(chǎn)業(yè)鏈引進(jìn)項目投資，打通綠色能源上下游產(chǎn)業(yè)鏈，探索建立人才聚集高地，在太陽山打造“中國氨氫谷”。

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綠氫合成氨技術(shù)及氨脫氫可行性分析

傳統(tǒng)制氨時，國際上主要以天然氣為合成氨的主要生產(chǎn)原料。但中國的天然氣價格高昂且產(chǎn)量匱乏，對外依賴度較高，中國的合成氨工業(yè)主要以煤炭為主要生產(chǎn)原料，大概77％的合成氨來自于煤炭。而從碳排放的角度來講，每噸煤制合成氨釋放的碳排放也要高出每噸天然氣合成氨釋放的碳排放。合成氨主要是用氫氣和氮氣作為合成原料，變換反應(yīng)仍然是碳排放的主要源頭。在工藝流程中，煤氣化反應(yīng)會形成一氧化碳和氫氣為主的粗合成氣。

目前，合成氨行業(yè)做原料的氫氣幾乎都是化石原料生產(chǎn)的灰氫，一部分來自于煤氣化過程，另一部分來自于變換反應(yīng)。對于合成氨工業(yè)來講，使用低碳綠氫替代高碳灰氫，將是降低合成氨行業(yè)碳排放的有效途徑之一。這樣合成氨反應(yīng)并不涉及碳元素，所以合成氨行業(yè)可以在綠色化過程中舍棄煤炭，直接使用可再生能源水電解制造的綠色氫氣和空氣中空分得到的氮氣合成氨。如果中國目前所有的合成氨都采用綠氫生產(chǎn)，每年碳排放量可以減少一億噸以上。同時，如果使用綠氫生產(chǎn)，還可避免對天然氣、煤炭等化石能源的消耗，有利于建設(shè)環(huán)境友好型社會，每年的煤炭消耗減少量可接近五千萬噸。

若用綠氫替代煤生產(chǎn)綠氨，則綠氨成本主要由原料成本（綠氫生產(chǎn)成本和氮氣生產(chǎn)成本）和設(shè)備折舊、公用設(shè)備（主要為電力）等其他成本組成。假設(shè)原料成本占總成本比例約70％，其余部分占30％。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律。

在煤炭價格處于正常范圍時（700－900元／噸），傳統(tǒng)合成氨的成本范圍在1900－2200元／噸。此時在有豐富可再生電力且電價低廉（0．1元／度）的地區(qū)，綠色合成氨的生產(chǎn)成本可以和傳統(tǒng)煤制合成氨相競爭。在煤炭價格處于歷史高點時（1500－2000元／噸），傳統(tǒng)合成氨的成本將超過3000元／噸。此時在電價到達(dá)0．2元／度的地區(qū)，綠色合成氨的生產(chǎn)成本也可以和傳統(tǒng)合成氨相競爭。

當(dāng)電價為0．1元／度時，綠色合成氨成本大概在2200元／噸左右。這個價格實際上已經(jīng)和傳統(tǒng)合成氨成本相接近，但是前提是在煤炭價格處于正常范圍。2021年的煤炭價格幾乎達(dá)到了歷史最高點，一度超出了2000元／噸。當(dāng)煤炭價格更高的時候，傳統(tǒng)合成氨的成本也將水漲船高。此時，當(dāng)電價為0．2元／度時，綠色合成氨的成本也可以和傳統(tǒng)合成氨相匹敵。

所以未來以綠氫為主導(dǎo)的綠色合成氨產(chǎn)業(yè)具備一定經(jīng)濟性，當(dāng)然這是在我們擁有大量豐富可再生能源電力以及成熟水電解技術(shù)前提下。

傳統(tǒng)氨分解制氫由于能耗高，因此，成本較高。據(jù)香橙會研究院調(diào)研獲悉，傳統(tǒng)氨分解制氫成本超過17元／kg（合成氨原料成本取均值2500元／噸）比煤制氫超出30％。因此工業(yè)上幾乎很少采用氨分解制氫。

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綠氫合成氨技術(shù)及氨脫氫可行性分析

隨著全球?qū)�減少溫室氣體排放需求的日益增加，以及所采用節(jié)能技術(shù)的增多，這些因素將推動綠氨市場的增長。但面對市場上的高初始資本投入，加上對人們對綠色氨技術(shù)缺乏認(rèn)知，該市場的增長會受到些許阻礙。

據(jù)Research Nester的研究調(diào)查，全球綠氨市場規(guī)模預(yù)計將從2021年的1600萬美元繼續(xù)增長，預(yù)計到2030年將達(dá)到5．415億美元，預(yù)測期內(nèi)的年復(fù)合增長率（CAGR）為90．2 ％。預(yù)計2028年全球綠色合成氨市場將獲得8．513億美元的營收，高于2019年的13．15億美元，在預(yù)測期內(nèi)增長了62．84 ％。隨著使用堿性水、固體氧化物電解、質(zhì)子交換膜等生產(chǎn)綠色氨的技術(shù)增多，采用智能技術(shù)實現(xiàn)脫碳目標(biāo)的方案增加，該市場也將得到增長。

圖3  全球綠氨市場分析圖

6．1按地區(qū)劃分

將全球綠色氨市場細(xì)分為北美、歐洲、亞太和世界其他地區(qū)。其中，預(yù)計到2028年底，歐洲市場將占據(jù)最大的市場份額，實現(xiàn)558．03億美元的營收，高于2019年的7．49億美元，預(yù)測期間最高增長率為65．37 ％。在該地區(qū)的國家中，預(yù)計荷蘭市場在2028年將擁有最大的市場收入（227．12億美元），而德國市場在預(yù)計期內(nèi)將以86．35 ％的最高CAGR增長。

另一方面，預(yù)計2028年亞太地區(qū)市場將占據(jù)第二大份額，實現(xiàn)190．69億美元的營收。該地區(qū)的市場按照國家分為中國、日本、澳大利亞和其他亞太地區(qū)，其中中國市場有望在整個預(yù)測期內(nèi)占有最大的市場份額，2028年的市場收入為638．8萬美元，高于2019年的38萬美元。預(yù)計中國市場也將以預(yù)測期內(nèi)最高CAGR（年復(fù)合增長率）為79．41 ％的速度增長。

6．2按技術(shù)劃分

全球綠色氨市場在技術(shù)基礎(chǔ)上可細(xì)分為堿性水電解、PEM水電解、SOEC水電解。其中，SOEC水電解預(yù)計在2028年將擁有最大的市場收入，約為496．38億美元。

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結(jié)語

對我國來說電力領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域是碳排放的主要來源，如果氨能源能夠替代化石能源，成為新型燃料，將大大有助于我國實現(xiàn)2060年碳中和的目標(biāo)。

我國有非常成熟的氨運輸和分配體系，氨更安全、更易儲運，且同體積的液氨比液氫多至少60％的氫，經(jīng)濟性優(yōu)勢凸顯，因此以氨儲氫、供氫、代氫是氫能的發(fā)展趨勢之一。氫氨融合是國際清潔能源的前瞻性、顛覆性、戰(zhàn)略性的技術(shù)發(fā)展方向，是解決氫能發(fā)展重大瓶頸的有效途徑，同時也是實現(xiàn)高溫零碳燃料的重要技術(shù)路線。

但需要注意的是，盡管國外已逐步開展氨氫融合應(yīng)用項目，但國內(nèi)的研究與應(yīng)用仍較少。若要氨燃燒落實到具體應(yīng)用層面，氨燃料仍存在技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，氨燃燒速度和熱值較低，且遠(yuǎn)低于氫，不利于高效率的工業(yè)應(yīng)用，其次，氨不太容易點燃和實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。此外，實現(xiàn)大規(guī)模的氨氫轉(zhuǎn)換與儲運，需要在大容量儲運設(shè)備、催化劑等方面進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)攻關(guān)。

但是，綠氨只有在完善的碳交易體系加持下，且擁有豐富可再生能源電力及成熟的水電解制氫技術(shù)的情況下，才能得到大力的發(fā)展，才能具備和傳統(tǒng)制氨相競爭的潛力。

不論是氨－氫，還是氨直接用作燃料，未來的能源格局是多樣性的、相輔相成。實現(xiàn)碳中和需要保持開放心態(tài)面對每一條技術(shù)路線，多種能源形式互補共同助力碳中和。在整個全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，開放、勇敢、創(chuàng)新是才是能源轉(zhuǎn)型的主題精神。

       原文標(biāo)題 : 氨能研究：離產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)？