氢能迈入2.0时代：中日韩争夺“氨+氢”新赛道主导权

为了实现碳中和，全球都在寻找新能源的“王者”，以替代石油、煤炭等化石燃料。

很多国家和企业把赌注押在氢能上，认为氢气是开启未来清洁、绿色和高效能源供应的“金钥匙”。

氢确实是一种很好的燃料，以重量计算的能量密度约为汽油、柴油、天然气的2.7倍，而且容易获得，通过电解水就可以制取，燃烧后只剩下水，可以实现零排放。

但是，这个看上去很完美的新能源，存在致命缺陷。

氢是元素周期表上最轻的元素，首先储存非常困难，很容易泄露，对储存容器要求高；二是运输也很困难，如果远距离运输氢，需要先将其液化，这需要将其温度降低到-235摄氏度以下，常温下的液化压力需要70MPa，这是一个非常耗能的过程；三是安全性的问题，因为氢气非常活泼，与空气混合后很容易发生燃烧和爆炸。

正因为这些固有特性，所以尽管各方对氢能非常看好，但迟迟无法突破。加上绿氢提取成本仍然比较高。所以至今，全球绿氢占比不过1%左右。

在氢能遭遇的瓶颈还无法攻克时，又有人把眼光转向了氨能，或者提议“氢能+氨能”的组合，或许是清洁能源的一个不错的解决方案。

前几天，中国工程院院士、清华大学教授李骏还发表了题为《Autonomy 2.0与Ammonia=Hydrogen2.0》的主旨报告。他认为，全球已进入“氨=氢2.0”时代，氢能产业要准备向氨方向发展。

日本、韩国等政府也在全面布局氨能战略。日本修改《能源战略计划》，首次把氨能放在跟氢气同等位置。

韩国宣布将2022年作为氢气氨气发电元年，并制定发展计划和路线图，力求打造全球第一大氢气和氨气发电国。

1

日本韩国为何纷纷布局氨能？

氨由一个氮原子和三个氢原子组成，是天然的储氢介质；常压状态下，温度降低到-33摄氏度，就能够液化，氨气在常温下的液化压力仅需1.03MPa，便于安全运输。

李骏认为，目前全球八成以上的氨用于生产化肥，并且氨有完备的贸易和运输体系。理论上，可以用可再生能源生产氢，再将氢转换为氨，运输到目的地。

在此理论基础的支撑下，原本将氢能作为“王牌”的日本政府，正引入氨能，希望将发电厂和船舶的燃料替换成氨，凭借燃烧技术突破，以更低的成本实现碳中和。

2021年10月，日本政府发布第六版能源战略计划，首次引入氨能，其中提出，到2030年，利用氢和氨所生产出的电能将占日本能源消耗的1%。

图表来源：财经十一人

在2018年发布的第五版能源战略计划中，日本政府提出，将氢能打造成日本的“王牌”，当时并未提及氨能。

第六版计划中提到的2030年1%目标，主要是指在发电领域，将氢和氨用作燃料，与天然气或煤粉等混烧发电。

日本政府于2020年10月宣布，2050年实现碳中和。第六版计划中提到，为了实现这个目标，占排放量80%的能源部门必须努力改变，火电厂要优先使用零碳的氢、氨燃料替代煤炭等化石燃料。

日本计划首先采用混烧技术，比如30%的氢加70%的天然气，或者20%的氨加80%的煤粉，之后逐步提升氨和氢的混烧比例，计划到2050年实现100%的氨、氢燃烧发电。

日本之外，韩国也开始布局氨能发展。

在韩国产业通商资源部12月7日主持召开的第二次氢气和氨气发电推进会议上，韩政府宣布将2022年作为氢气氨气发电元年，并制定发展计划和路线图，力求打造全球第一大氢气和氨气发电国。会议宣布，政府明年共将投入400亿韩元用于有关设备基础设施建设，并于2023年前制定“氢气和氨气发电指南”，推广有关技术在LNG发电站使用。

为推动氢气氨气混合发电技术发展，韩国加强电力国企和民企合作，韩政府计划从明年1月起开展无碳环保氨气发电技术联合研发，斗山重工、现代重工和乐天精密化学等企业将参与合作。此外，韩国南部发电计划明年起利用氢气氨气混合发电技术，并在2024年后推动氢气氨气混合发电技术商用化。

2

氨燃料是航运业的未来吗

氨燃料也被认为是推动船舶零碳排放的重要手段。

由海事、能源、金融、基础设施等行业中的众多领先企业组成的“零排放联盟”(Getting to Zero Coalition)在其发布的“海事零排放试点示范项目报告(第二版)”中，提到了“绿色航运”的一个重要趋势——氨燃料动力系统产业研发和应用发展受到更多关注。

这份报告提示，全球与航运减排相关的大型氨项目仅在2020年就增加10个，示范工程总数达到14个。

据国际能源署（IEA）预测，按不同种类来看，2050年的船舶燃料用量当中氨气的占比将达到46％，远远高于2030年的8％。同时也超过氢气（16％）。

氨之所以被认为是可行的零碳燃料，除了在适当的低温环境下运输便捷性较强外，还在于产量和存储/加注设施充足，全球氨产量预计在2050年达到1.5亿吨，约120座港口配有大规模氨存储设施，这为其用作远洋清洁燃料奠定了使用基础。一些有实力的航运大国均通过有效方式推动氨动力船舶发展。

日本造船业就希望用氨燃料船向中韩发起反攻。日本最大的造船企业今治造船将开始建造航行中不排放二氧化碳的氨燃料船。

今治造船将与欧美的海事机构合作，制定安全使用氨气的规则。在海洋领域脱碳进程加速的背景下，该公司希望在从开发“环保技术”到制定规则等各个方面都抢在前面，以价格竞争力为武器，向掌握全球7成份额的中韩企业发起反攻。

来源：日经中文网

氨燃烧时的热量比重油低，但比氢气高，燃料罐的容量也只有重油的2.5倍。今治造船将开发既能确保装货空间又能抑制气化的氨罐。停靠港的氨气补给设备的建设将由合作方伊藤忠商事负责。将建设能够及时补给的基地，争取实现氨罐的小型化。

3

氨燃料的挑战与方向

氨气作为无碳燃料，同时也是优良的氢载体。通过电化学方法合成氨气可以实现可再生能源的大规模储存，氨气经过液化可以通过天然气管道或远洋船舶实现可再生能源的全球运输。

看起来，氨气是一种不错的清洁能源。但是，任何能源都不可能完美。

将氨气直接燃烧可以减少裂解为氢气过程中的能量损耗，但氨气直接燃烧存在火焰燃烧速度低、NOX排放高的挑战。

在西安交通大学周上坤，杨文俊发表的论文《氨气作为氢能载体和无碳燃料的研究进展与展望》中显示，氨气的火焰传播要明显慢于甲烷和氢气。

氨气/空气预混火焰的最大层流火焰速度接近7cm/s，在当量比为1.05附近时达到峰值。与此同时，甲烷的最大层流火焰速度约为35cm/s，氢气的这一数值则在3m/s左右，这说明了氨气的火焰传播要明显慢于甲烷和氢气，实际的燃烧过程中需要通过与碳氢燃料等反应性高的燃料掺混、富氧、提高进气温度等方法来实现火焰传播的增强。

来源：《氨气作为氢能载体和无碳燃料的研究进展与展望》

这篇论文建议，将氨气与碳氢燃料掺混、富氧燃烧以及提高进气温度均可以明显提高火焰的燃烧速度。特定的温度区间(1100~1400K)和高压环境均有利于实现NOX排放的降低。

我国是全球氨生产大国，全世界每年生产大概2亿吨左右，我国的产能大约占到全球的四分之一。

同时，我国在氨燃料也有关键技术突破。福州大学江莉龙研发团队率先实现了新型的低温“氨分解制氢”催化剂的产业化，探索了以氨为氢能载体的颠覆传统高压储氢方式，为发展“氨-氢”绿色能源产业奠定了坚实的基础。这个团队还设计开发出氨低温制氢加氢站装置和新型“氨-氢”燃料电池动力系统，攻克了“氨-氢”能源循环的关键技术瓶颈，有望发展一条契合我国能源结构特点的“清洁高效合成氨—安全低成本储运氨—无碳产氢用氢”的全链条特色氢能经济路线。

在氢能战略大前提下，整个氢能行业要利用氢能在交通领域的优势，对包括氨在内的氢基化合物提供更多的测试机会，得出科学的结论，进行大面积推广。多样化的绿色能源使用对“双碳”目标的实现至关重要。