绿氨：从化肥原料到未来燃料的能源革命
近年来，“绿氨”这个概念正在从科研论文走向能源政策与产业布局的核心。它不仅是“无碳燃料”的代表，更被视为连接可再生能源与工业体系的关键枢纽。随着各国能源结构转型加速，绿氨的潜力被不断放大——从发电、储能到交通运输，它都有望成为未来能源体系中不可或缺的一环。
一、绿氨是什么？从传统制氨到“零碳路线”
氨（NH₃）是一种极为重要的基础化学品，长期以来主要用于化肥、医药、制冷等行业。传统制氨采用“哈柏–博施法”（Haber-Bosch Process），以天然气或煤为原料，通过重整制氢后与空气中的氮气反应生成氨。但这一过程的碳排放极高——全球每年生产的合成氨约2亿吨，对应排放近5亿吨二氧化碳，占全球碳排放总量的约2%。
所谓“绿氨”（Green Ammonia），是指利用可再生能源（如风能、太阳能）电解水制取氢气，再与空气中的氮气合成氨的过程。整个流程不涉及化石燃料，实现了从生产到使用的全生命周期“零碳排放”。
其核心路径包括三步：
- 电解水制氢：通过可再生电力分解水分子，得到高纯氢气。
- 空气分离制氮：从空气中提取高纯氮气。
- 绿氢+氮气合成氨：在高温高压条件下、催化剂作用下生成液态氨。
这一路线不仅能显著降低碳足迹，还可实现可再生能源的化学储能和远距离运输。
二、核心技术环节解析：催化剂与能耗是关键
尽管制氨工艺已有百年历史，但将其“绿色化”却并非易事。绿氨的两大技术瓶颈在于高能耗与高成本催化体系。
1. 电解水制氢的能效挑战
当前主流的碱性电解与PEM电解效率约为60%–70%，意味着30%–40%的能量损失。而制取1吨氢气约需耗电55MWh，这直接决定了绿氨的能源成本。只有当电价低于0.2元/kWh时，绿氨的经济性才可能接近传统“灰氨”。
为了应对这一问题，多个科研团队正在开发高效低铂催化剂与固体氧化物电解技术（SOEC）。SOEC可以在高温（700–800°C）下工作，利用废热能提高电解效率，理论效率可超过85%。
2. 新型制氨催化剂的突破
传统制氨使用铁系催化剂，需要高温（400–500°C）和高压（15–25MPa）。而绿氨工艺希望能在更温和的条件下运行，以降低设备和能耗成本。
近年来，钌基催化剂成为研究热点。钌在氢吸附与氮解离上的活性远高于铁，可将制氨温度降至350°C以下。我们团队近期开发的钌-铯-碳纳米复合催化剂在常压条件下的氨合成转化率可达90%，为低能耗绿氨生产打开了新局面。
3. 能源利用与系统集成
绿氨工厂通常与风电、光伏基地或核电厂耦合，实现“源网荷储”一体化运行。比如：
- 白天利用光伏电力制氢、制氨；
- 夜间则利用储存的氨发电或供热，实现能源循环。
这种灵活性让绿氨不仅是燃料，更是一个能量“中转站”，对能源系统的稳定运行意义重大。
三、应用场景：从船舶燃料到电力储能
绿氨之所以受到全球关注，不仅因为它的“零碳属性”，还因为其在多领域的适配性极强。
1. 船舶燃料——国际海运减碳的关键突破口
国际海事组织（IMO）已提出到2050年航运业碳排放减半的目标。由于船舶体积大、续航要求高，氢气和电池难以胜任。而绿氨能量密度高（约12.7 MJ/L），常温常压下可液化储存，且可直接在改造后的内燃机或燃料电池中使用。
目前，MAN Energy、三菱重工等公司已发布首代“氨燃料发动机”原型。挪威、日本等国的示范船舶预计2026年前后投入运营。未来若全球10%的船舶改用绿氨燃料，年需求将达到3000万吨以上。
2. 发电与储能——化学能的长期储存方案
绿氨在能源体系中最大的潜力在于“可再生电力的化学储能”。当风能、光伏发电过剩时，可用于制氨；在电力短缺时，再通过氨燃烧或氨燃料电池发电。
这种“电转氨–氨转电”的闭环，可以实现跨季节、跨区域的能源调节。例如，日本的伊藤忠商事已规划建设“氨发电示范站”，利用绿氨替代部分煤炭供热发电，预计可减少约40%的碳排放。
3. 工业与化学品制造
氨本身是合成化工的关键中间体，可衍生硝酸、尿素、甲胺、己内酰胺等产品。如果绿氨完全替代灰氨，整个化工行业的碳排放将减少上亿吨。
此外，绿氨还可作为氢载体，即以液氨形式储存和运输氢气。一吨氨可携带约177公斤氢，相当于高压储氢的近两倍储能密度，且不需要昂贵的碳纤维罐体。
四、全球产业化进程：从试点走向商业化
1. 国际布局
目前，全球绿氨项目已进入加速落地阶段：
- 澳大利亚：Fortescue Future Industries（FFI）正建设全球最大绿氨基地，计划年产500万吨。
- 沙特阿拉伯：NEOM项目配套4GW可再生电力，用于年产120万吨绿氨，预计2026年投产。
- 日本与韩国：推动“氨能发电”，东京电力与韩国SK集团均已建立联合研发中心。
- 欧洲：荷兰、挪威正在规划“北海氨走廊”，打通氨燃料运输与发电体系。
2. 中国的机遇与挑战
中国是全球最大的合成氨生产国和消费国，具备完整的产业链基础。根据中化能源研究院预测，到2030年，中国绿氨市场规模可达5000亿元。
优势主要体现在：
- 设备与工艺成熟：现有化肥装置具备改造潜力；
- 可再生能源资源丰富：西北地区风光资源集中，具备“就地制氨”条件；
- 产业协同效应明显：化肥、氢能、储能、航运多产业联动。
但挑战也不容忽视。制氢电价偏高、电解设备成本较大、政策激励不足等问题仍制约着商业化速度。专家普遍认为，若未来形成“绿电直供+碳税抵免”机制，绿氨经济性将在2028年前后得到显著改善。
五、未来趋势：从能源出口到全球贸易体系重构
绿氨不仅是燃料，更是一种“能源载体”。在未来的国际能源格局中，它有望成为全球能源贸易的新标准单位。
- 出口新模式：资源型国家通过输出绿氨而非电力，实现高附加值能源出口。例如智利、摩洛哥正建设“绿氨港口”，出口至欧洲和亚洲。
- 政策驱动强化：欧盟碳边境调节机制（CBAM）正式实施后，使用绿氨的产品将享受税收优势。
- 技术融合发展：随着“氨燃料电池”“氨裂解制氢”等技术成熟，绿氨将成为氢能经济的重要一环。
六、绿氨的未来属于先行者
从实验室概念到全球竞赛，仅仅用了不到五年时间。绿氨已从“化肥原料”进化为“能源革命的支点”。对于化工企业而言，绿氨不仅是一种新产品，更是一次产业升级的窗口。
可以预见，未来的化工企业将不再是单一的材料供应商，而是能源系统的重要参与者。谁能率先打通制氢、合成、储运、应用的全链路，谁就能在“零碳能源”的时代占据主动。
正如当年光伏从边缘走向主流，绿氨正在重演同样的故事。能源转型的列车已经启动，而这一次，抓住绿氨，就可能抓住未来二十年的增长核心。
