氫氣(H2)來源廣泛，具有高能量密度、高轉化效率和清潔性的優點。隨著社會和經濟進步，在人們對環保、效率、低碳能源的需求推動下，氫能有望成為未來能源的重要構成，在低碳社會中發揮重要作用。根據國際氫能委員會預測，到2050年，氫能將減少CO2排放60億噸，創造2.5萬億美元的市場價值，在全球能源中所占比重有望達到18%。
與傳統石油燃料易運輸、可規模儲存的特點不同，目前氫儲運技術尚未解決能效性、安全性等問題，而且廣泛采用的高壓氣氫運輸存在儲氫密度低、壓縮能耗高等問題，無法大規模遠距離運輸。目前正在研發的儲氫方式有液氫、固態儲氫、有機液體儲氫和氨/甲醇儲氫。
圖 主要儲氫載體的理化性質
氨作為全球大量生產的基礎化工產品，也非常適合用于H2載體。氨具有易液化(-33℃)、體積能量密度大（液氨的體積能量比液氫高50%）、運輸儲存設施可與丙烷通用、制造成本低、本身可作為無碳燃料等優點。氨除了可以分解為氫氣，也可以在大型燃氣輪機中直接燃燒，燃燒高效且不產生CO2，是目前大型發電的研究熱點方向之一。主要儲氫載體的理化性質見上圖所示。
作為零碳燃料和氫能載體，氨在構建“氫能社會”方面有望發揮重要作用，國際社會對這一觀點逐漸達成共識。氨既是氫能載體，也是零碳燃料，對實現“雙碳”目標將具有重要意義。
氨作為氫載體，在氫能交通領域具有哪些優勢與劣勢？
近年來，世界能源形勢正在發生深刻變革，全球迎來以清潔化、低碳化為主要特征的新一輪能源轉型。以氫能源和純電動為主的新能源交通出現替代傳統油氣交通能源的勢頭，并正在向燃氣發電、分布式供能、微電網、多能互補等方面快速滲透，帶動能源生產、運輸各環節的利用效率和環保的提升。
在交通領域，氨燃料在航運業或將大有可為。目前，減少碳排放已成全球共識，世界各國對低碳航運的需求日益旺盛。
01交通領域應用與優勢
（1）將氨應用于燃料電池有兩條路徑
一是將氨催化裂化以產生用于燃料電池的氫氣。
由于直接車載裂解需要提高車載系統的復雜度和集成度，抬高了成本，被認為不切實際，因此該路線未來可能主要用于加氫站，即加氫站通過氨在線裂解制氫，如下圖所示。
圖 氨作為氫載體在電-電轉換體系中的能量消耗
從理想的燃料生產效率和實際運輸方面分析，裂解過程需要>500°C的高溫才能生產高純度氫氣（>99.97%，特別是用于汽車），這需要4.2GJ/噸氨（包括H2損失）能量輸入。由于PEMFC極易受到微量氨的影響（<0.1×10-6），因此氨轉化的氫氣必須通過高效的純化和分離系統進行精華提純，這將額外消耗0.5GJ/噸氨。
因此，氨分解氫氣的純化過程不可避免地產生大量成本。同時，整個過程還可能導致1.7GJ/噸氨的總熱損失。此外，氨分解后，還需要2.0——4.3GJ/噸氨的額外電能將氫氣壓縮，以重新填充燃料電池汽車(FCEV)700bar的儲氫瓶。通說上述計算，氨的總轉化效率為61.0%——68.5%。此外，裂化反應器與氫氣壓縮系統的集成可能會使燃料加注和填充過程復雜化。由于裂化系統的復雜性，以及在雜質存在下催化劑的性能和壽命，可能會進一步限制氨的應用。
圖 不同路徑下能量利用效率%
另一條途徑是直接利用氨，不再需要中間過程將氨轉化為氫氣。
未來可以利用SOFC內部的高溫將氨裂解。然而，SOFC的高運行溫度(550——900°C)可能僅適用于無需頻繁開關的連續固定應用。因此，SOFC可應用于重型載具，例如用于航空、航運、卡車運輸等。
此外，負責將氨催化分解為氫氣的SOFC陽極材料在連續運行過程中應該具備穩定、耐用和耐高溫特性，但目前陽極材料的退化仍然是SOFC商業化的主要障礙。最近，Minutillo等人提出了一種基于以氨為燃料的SOFC技術的新型工廠配置，用于在加氫站現場制氫時同步生產電力。進一步改進SOFC和氨分解技術對于實現這樣的概念是必要的。氨內燃機雖然不需要從氨中還原氫氣，但除了會產生NOx排放外，還可能導致諸如點火困難、火焰速度低、壓縮率更高等其他問題。
（2）氨燃料在航運業或將大有可為
在航運業，與汽車相比，船用動力機特別是遠洋船舶，需要較大的功率輸出。船用動力系統目前主要以燃油為主，會排放大量的二氧化碳是燃油燃料的致命缺憾，據報道：海運產生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的3%至4%，不容忽視；雖然也有采用電力推動的船舶，但其電力來源還是主要來自于柴油發電機組。
相比于其他燃料，氨燃料既能滿足船舶大功率運輸需求，又具有零碳排放的特性，適合作為船舶燃料，當前，氨燃料在船舶上的使用項目正在全球逐步展開。
02劣勢
業內專家認為，盡管合成氨工業相對成熟，但要實現大規模氨氫轉換，讓“氨-氫”這一方式成為氫能產業的一環，目前仍需將氨分解制氫的大容量設備、純化技術以及終端產品等產業鏈各環節進行集成。
氨作為可行的氫儲能材料確實具有巨大潛力，但與液氫相比，使用氨作為氫載體的運輸體系在整體的電-燃料-電(PFP)效率方面沒有明顯優勢。另外，裂解過程對大量能量的需求限制了其未來的應用。此外，凈化和壓縮后的氫氣用于供應燃料電池汽車的財務和能源成本都很高，其中投入的電能和熱能成本難以通過其他方面的收益回收。
除了其技術挑戰外，氨的毒性（OSHA暴露限值為50×10-6）、親水性和腐蝕性也需要大量基礎設施，以避免意外泄露和設備腐蝕。一般認為，氨可以作為固定發電的燃料，使用SOFC為偏遠地區供電。但作為氫載體，雖然其能量密度高，但還原氫氣需要大量的能量以裂解和壓縮，限制了它的應用。從應對氣候變化的角度看，采用以綠氫為原料來合成氨，替代傳統以化石能源為原料的合成氨工藝，是比采用氨作為氫載體更為有效的方法。
氨-氫能源路線市場現狀
全球范圍內，目前日本、阿聯酋、澳大利亞等國已將“氨”納入其政府能源戰略之中，與之對比的是，目前國內氫能行業中，氨-氫儲運這一方式應用相對較少。在業內人士看來，氨-氫這一模式盡管研究熱度不減，但最終能否成為工業主流，仍需考慮各國不同的資源稟賦，并經過一定的實踐和市場的檢驗
基于氨的低價和安全運輸優勢，原本將氫能作為“王牌”的日本政府，正在引入氨能，希望將發電廠和船舶的燃料替換成氨，憑借燃燒技術突破，以更低的成本實現碳中和。2021年10月，日本政府發布第六版能源戰略計劃，首次提出引入氨能，具體體現在：“到2030年，利用氫和氨所生產出的電能將占日本能源消耗的1%。”
此外，在韓國產業通商資源部2021年12月7日主持召開的第二次氫氣和氨氣發電推進會議上，韓政府宣布將2022年作為氫氣氨氣發電元年，并制定發展計劃和路線圖，力求打造全球第一大氫氣和氨氣發電國。會議宣布，政府2022年共將投入400億韓元用于有關設備基礎設施建設，并于2023年前制定“氫氣和氨氣發電指南”，推廣有關技術在LNG發電站使用。
圖 “氨-氫”綠色能源循環經濟路線
與日韓相比，我國在布局氫氨聯動發展的速度并不慢。目前國內已有多家科研單位以及企業開始謀劃布局氫氨產業鏈，國內福建、寧夏等地以及國家能源集團紛紛成立相關聯盟組織研討會，搶占先機。
2021年9月23日，由合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）與安徽省能源集團有限公司聯合共建的“安徽能源協同創新中心”，在皖能銅陵發電公司揭牌成立，氨能利用發電項目同步啟動
12月10日，福州大學、北京三聚環保新材料股份有限公司、紫金礦業集團股份有限公司在福州舉行綠色能源重大產業項目戰略合作簽約，成立合資公司，創建國內首家“氨-氫能源重大產業創新平臺”，圍繞“氨-氫”綠色能源重大技術開展深度合作，加快推動科技成果轉化。福州大學江莉龍研發團隊率先實現了新型的低溫“氨分解制氫”催化劑的產業化，探索了以氨為氫能載體的顛覆傳統高壓儲氫方式，為發展“氨-氫”綠色能源產業奠定了堅實的基礎
12月13日，國家能源集團召開氨能在煤炭運輸產業技術研討會，會議總結了國家能源集團當前氫能氨能發展情況，要求充分認識氫能、氨能在能源綠色低碳轉型過程中的重要戰略作用，做好應用場景開發和技術研發布局。
12月27日，由佛山仙湖實驗室、佛山歐神諾陶瓷有限公司和佛山市德力泰科技有限公司聯合發起成立的先進零碳燃燒技術聯合創新研發中心在仙湖實驗室成立。該中心瞄準窯爐零碳燃燒顛覆性關鍵技術，旨在打造國內首家開展氫氨高溫窯爐零碳燃燒技術研發的綠色能源產業創新平臺。
2022年1月4日，寧夏工信廳同意由寧夏電投太陽山能源有限公司牽頭，聯合寧夏慶華煤化集團有限公司、寧夏和寧化學有限公司、北京漢氫科技有限公司、廈門大學、銀川能源學院、寧夏氨氫研究院等區內外氨氫產業企業、院校、科研院所，共同組建寧夏氨氫產業聯盟。
2月13日，由福大紫金開發的3千瓦級氨-氫燃料電池發電站正式交付中國鐵塔龍巖分公司。
此前，吉電股份董事長才延福就加快推動“風光制氫合成氨一體化項目”建設，提出四點要求：
?與地方政府緊密合作，積極協調落實新能源指標事宜，根據電源結構形式，搭建靈活、穩定的電源結構；
?積極推廣自主研發設備，加大PEM制氫技術應用，充分發揮PEM制氫靈活性特點，促進氫、氨生產耦合聯動；
?著手引進專業化工運營團隊，彌補跨專業管理短板；
?保持開放、互利的合作態度，積極接洽意向投資方，實現合作共贏。
氫能源零碳循環的萬億藍海已經打開，必將催生出一批領頭羊。在“氨-氫”的技術迭代下，加快發展集綠氨產業、氫能產業及可再生能源產業于一體的“零碳循環”的萬億級產業鏈，對保障國家能源安全和社會經濟可持續發展具有重要意義。
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