4月17日，美国智库信息技术与创新基金会（ITIF）发布由汉娜博伊尔斯（Hannah Boyles）撰写的题为《值得关注的气候技术——绿色氨》（Climate-Tech to Watch: Green Ammonia）的报告，指出绿色氨由于其便存储和易运输等特性作为跨领域气候解决方案近期引起广泛关注。报告指出，这项技术很有前途，但如果要发挥其潜力，仍然需要降低成，此外还需要政府研发与示范来支持消除低往返效率等技术障碍的努力。

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01 绿色氨是什么？

氨是一种广泛用于生产化肥的无色气体，由于其作为能源载体和零碳燃料的前景而备受关注。生产氨是能源密集型的，通常涉及化石衍生的氢和从大气中获得的氮的反应。大多数相关的碳排放来自使用天然气作为氢前体的原料。或者，通过电解水生产氢气，其中可再生电力是能源（例如，绿色氨）显着减少氨生产碳排放的途径。

02 绿氨作为跨领域气候解决方案为何如此重要？

向净零二氧化碳 (CO₂) 全球能源系统的过渡将要求各国部署广泛的变革性低碳技术，以改变能源的产生、运输和使用方式。预计绿色氨将在打破重工业和农业系统中能源使用与CO₂排放（例如脱碳）之间的依赖关系以及作为低碳能源载体方面发挥多种作用。

目前全球氨产量（主要用作生产化肥的原料）约为每年1.94亿吨，占全球CO₂排放量的 1.8%。因此，广泛采用绿色氨可以显着减少农业的碳足迹。最近的一项研究估计，使用绿色氨作为肥料、热能和燃料可以将玉米和其他小型粮食作物的化石能源消耗减少90%。

除了农业，绿色氨还为其他行业提供了额外的脱碳选择。它具有高能量密度，而且与氢不同，它不需要在极低的温度或高压下储存，因此更容易运输。这些特性与海事部门尤其相关，该部门约占全球排放量的 3%。国际能源署 (IEA) 将氨视为航运脱碳的重要解决方案，到2050年可能解决45%的能源需求。

绿色氨还可能作为电力部门的能源载体发挥重要作用。它是运输氢的良好候选者，也可用作长期存储介质，在可再生能源发电量较低时提供电力。在这种情况下，可以使用可变的可再生能源（例如风能、太阳能）来制造氢气，然后制造氨气，然后将其储存起来。每当需要使用能源时，氨可以重新转化以提供该能源。而且，由于季节性间期储能成本高昂，氨可以降低该领域成本。

图 1 绿色氨在未来能源系统中的作用

然而，扩大全球氨生产规模确实伴随着风险。氨是有毒的，虽然它本身不是温室气体，但氨泄漏会与其他空气中的化学物质相互作用，形成细颗粒物，最终影响空气质量。此外，燃烧氨而不是化石燃料会产生氮氧化物 (NOx)，尽管现有技术可以最大限度地减少这些排放。图 1 说明了氨的生产和使用情况。

03 全球及美国绿色氨技术的进展现状

全球绿色合成氨产业仍处于起步阶段，但已引起全球行业参与者和政府的关注，试点工厂已经投入运营，其中包括英国和日本的风能发电厂。几家公司也在开发商业规模的工厂。挪威化学公司Yara正在澳大利亚建设一个年产 3500吨绿色氨的工厂。迄今为止宣布的最大项目在沙特阿拉伯。2025年建成后，每年可提供120万吨绿色氨水。

与此同时，许多公司和政府正在支持对绿色氨的新应用的研究。三菱正在开发直接燃烧氨的涡轮机，日本资助了一个到2024 年改造船舶以使用氨运行的项目。领先的船用发动机制造商 MAN 和Wärtsilä 都宣布计划到 2024 年使使用氨运行的内燃机商业化。

绿色氨目前在美国仅以中试规模生产，但正在努力实现商业化。能源部 (DOE) 在资助生产绿色氨的早期研究、开发和示范 (RD&D) 项目方面发挥了重要作用。通过高级研究计划署能源 (ARPA-E) REFUEL计划，DOE 资助了用于生产和使用氨作为碳中性液体燃料的组件技术和试点系统。在REFUEL计划之后，ARPA-E向三角研究所额外拨款 1000万美元，用于展示可再生氨的生产和使用。此外，美国能源部基础能源科学办公室资助了六个基础研究项目，以帮助现有氨市场脱碳。

全球最大的氨生产商CF Industries宣布于2020年在路易斯安那州建造一座绿色氨工厂。2023年投产后，年产绿氨2万吨。

04 关键政策问题：解决成本和规模问题的创新

工业界大规模生产绿色氨的努力得到了美国联邦政府对低碳氢生产的支持。美国两党基础设施法拨款95亿美元用于支持不断增长的清洁氢市场，2022年的通胀削减法案提供了进一步的激励措施，包括生产税收抵免。

尽管最近有激励措施，但绿色氨在提高竞争力方面仍然面临重大障碍，尤其是在航运等新的终端用途方面。按照目前的成本——大约每吨794美元到1543美元——绿色氨不太可能在全球肥料市场上具有竞争力，或者作为其他行业的解决方案。对于现有应用，绿色氨必须满足化石燃料的成本，每吨121美元至375美元不等。

要使绿色氨成为一种可行的航运低碳燃料，它需要在经济上与目前航运中使用的化石燃料具有竞争力，包括重油 (HFO) 和船用柴油 (MGO)。绿色氨还必须与生物柴油等其他低碳替代品竞争。

图2 运输燃料的比较成本范围

使用氨发电或储能会带来额外的经济和技术考虑。其中一个因素是往返效率，它衡量将可再生能源转化为氨、储存和运输氨，然后将氨转化回电能的效率。绿色氨的端到端效率仅为11%至 19%，这意味着由此产生的电力将比用于生产氨的原始电力贵5 至9倍。日本的氨发电模型发现，由于往返效率较低，使用氨发电的成本大约是可再生能源的两倍。虽然效率可能会提高，但绿色氨不太可能成为有竞争力的能源。

降低成本、提高效率、扩大生产规模和扩大管道基础设施对于新应用和预期增加的需求至关重要。DOE通过资助RD&D加速创新，在克服这些障碍方面发挥着重要作用。对新催化剂、反应器设计和分离策略等领域的研究可以提高氨生产效率并降低成本。ARPA-E通过3600万美元的 REFUEL计划资助多个与低碳氨相关的RD&D项目。还需要公共研发资金来解决与氨燃烧相关的环境和安全挑战，包括开发和测试减少氮氧化物排放的方法。

终端用户支持对绿色氨的需求的政策也很重要。例如，美国能源部最近资助了两个项目，研究氨在燃气轮机中的使用。同样，国际海事组织正在努力制定安全使用氨作为船用燃料的准则，这将有助于扩大需求。

05 展望

绿色氨最近引起了广泛关注。这项技术很有前途，但如果要发挥其潜力，仍然需要降低成本、开展示范、基础设施建设和市场需求增长。除了降低成本外，还需要政府研发与示范来支持消除低往返效率等技术障碍的努力。

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