4月17日，美國智庫信息技術與創新基金會（ITIF）發布由漢娜博伊爾斯（Hannah Boyles）撰寫的題為《值得關注的氣候技術——綠色氨》（Climate-Tech to Watch: Green Ammonia）的報告，指出綠色氨由于其便存儲和易運輸等特性作為跨領域氣候解決方案近期引起廣泛關注。報告指出，這項技術很有前途，但如果要發揮其潛力，仍然需要降低成，此外還需要政府研發與示范來支持消除低往返效率等技術障礙的努力。

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01 綠色氨是什么？

氨是一種廣泛用于生產化肥的無色氣體，由于其作為能源載體和零碳燃料的前景而備受關注。生產氨是能源密集型的，通常涉及化石衍生的氫和從大氣中獲得的氮的反應。大多數相關的碳排放來自使用天然氣作為氫前體的原料?；蛘?，通過電解水生產氫氣，其中可再生電力是能源（例如，綠色氨）顯著減少氨生產碳排放的途徑。

02 綠氨作為跨領域氣候解決方案為何如此重要？

向凈零二氧化碳 (CO₂) 全球能源系統的過渡將要求各國部署廣泛的變革性低碳技術，以改變能源的產生、運輸和使用方式。預計綠色氨將在打破重工業和農業系統中能源使用與CO₂排放（例如脫碳）之間的依賴關系以及作為低碳能源載體方面發揮多種作用。

目前全球氨產量（主要用作生產化肥的原料）約為每年1.94億噸，占全球CO₂排放量的 1.8%。因此，廣泛采用綠色氨可以顯著減少農業的碳足跡。最近的一項研究估計，使用綠色氨作為肥料、熱能和燃料可以將玉米和其他小型糧食作物的化石能源消耗減少90%。

除了農業，綠色氨還為其他行業提供了額外的脫碳選擇。它具有高能量密度，而且與氫不同，它不需要在極低的溫度或高壓下儲存，因此更容易運輸。這些特性與海事部門尤其相關，該部門約占全球排放量的 3%。國際能源署 (IEA) 將氨視為航運脫碳的重要解決方案，到2050年可能解決45%的能源需求。

綠色氨還可能作為電力部門的能源載體發揮重要作用。它是運輸氫的良好候選者，也可用作長期存儲介質，在可再生能源發電量較低時提供電力。在這種情況下，可以使用可變的可再生能源（例如風能、太陽能）來制造氫氣，然后制造氨氣，然后將其儲存起來。每當需要使用能源時，氨可以重新轉化以提供該能源。而且，由于季節性間期儲能成本高昂，氨可以降低該領域成本。

圖 1 綠色氨在未來能源系統中的作用

然而，擴大全球氨生產規模確實伴隨著風險。氨是有毒的，雖然它本身不是溫室氣體，但氨泄漏會與其他空氣中的化學物質相互作用，形成細顆粒物，最終影響空氣質量。此外，燃燒氨而不是化石燃料會產生氮氧化物 (NOx)，盡管現有技術可以最大限度地減少這些排放。圖 1 說明了氨的生產和使用情況。

03 全球及美國綠色氨技術的進展現狀

全球綠色合成氨產業仍處于起步階段，但已引起全球行業參與者和政府的關注，試點工廠已經投入運營，其中包括英國和日本的風能發電廠。幾家公司也在開發商業規模的工廠。挪威化學公司Yara正在澳大利亞建設一個年產 3500噸綠色氨的工廠。迄今為止宣布的最大項目在沙特阿拉伯。2025年建成后，每年可提供120萬噸綠色氨水。

與此同時，許多公司和政府正在支持對綠色氨的新應用的研究。三菱正在開發直接燃燒氨的渦輪機，日本資助了一個到2024 年改造船舶以使用氨運行的項目。領先的船用發動機制造商 MAN 和W?rtsil? 都宣布計劃到 2024 年使使用氨運行的內燃機商業化。

綠色氨目前在美國僅以中試規模生產，但正在努力實現商業化。能源部 (DOE) 在資助生產綠色氨的早期研究、開發和示范 (RD&D) 項目方面發揮了重要作用。通過高級研究計劃署能源 (ARPA-E) REFUEL計劃，DOE 資助了用于生產和使用氨作為碳中性液體燃料的組件技術和試點系統。在REFUEL計劃之后，ARPA-E向三角研究所額外撥款 1000萬美元，用于展示可再生氨的生產和使用。此外，美國能源部基礎能源科學辦公室資助了六個基礎研究項目，以幫助現有氨市場脫碳。

全球最大的氨生產商CF Industries宣布于2020年在路易斯安那州建造一座綠色氨工廠。2023年投產后，年產綠氨2萬噸。

04 關鍵政策問題：解決成本和規模問題的創新

工業界大規模生產綠色氨的努力得到了美國聯邦政府對低碳氫生產的支持。美國兩黨基礎設施法撥款95億美元用于支持不斷增長的清潔氫市場，2022年的通脹削減法案提供了進一步的激勵措施，包括生產稅收抵免。

盡管最近有激勵措施，但綠色氨在提高競爭力方面仍然面臨重大障礙，尤其是在航運等新的終端用途方面。按照目前的成本——大約每噸794美元到1543美元——綠色氨不太可能在全球肥料市場上具有競爭力，或者作為其他行業的解決方案。對于現有應用，綠色氨必須滿足化石燃料的成本，每噸121美元至375美元不等。

要使綠色氨成為一種可行的航運低碳燃料，它需要在經濟上與目前航運中使用的化石燃料具有競爭力，包括重油 (HFO) 和船用柴油 (MGO)。綠色氨還必須與生物柴油等其他低碳替代品競爭。

圖2 運輸燃料的比較成本范圍

使用氨發電或儲能會帶來額外的經濟和技術考慮。其中一個因素是往返效率，它衡量將可再生能源轉化為氨、儲存和運輸氨，然后將氨轉化回電能的效率。綠色氨的端到端效率僅為11%至 19%，這意味著由此產生的電力將比用于生產氨的原始電力貴5 至9倍。日本的氨發電模型發現，由于往返效率較低，使用氨發電的成本大約是可再生能源的兩倍。雖然效率可能會提高，但綠色氨不太可能成為有競爭力的能源。

降低成本、提高效率、擴大生產規模和擴大管道基礎設施對于新應用和預期增加的需求至關重要。DOE通過資助RD&D加速創新，在克服這些障礙方面發揮著重要作用。對新催化劑、反應器設計和分離策略等領域的研究可以提高氨生產效率并降低成本。ARPA-E通過3600萬美元的 REFUEL計劃資助多個與低碳氨相關的RD&D項目。還需要公共研發資金來解決與氨燃燒相關的環境和安全挑戰，包括開發和測試減少氮氧化物排放的方法。

終端用戶支持對綠色氨的需求的政策也很重要。例如，美國能源部最近資助了兩個項目，研究氨在燃氣輪機中的使用。同樣，國際海事組織正在努力制定安全使用氨作為船用燃料的準則，這將有助于擴大需求。

05 展望

綠色氨最近引起了廣泛關注。這項技術很有前途，但如果要發揮其潛力，仍然需要降低成本、開展示范、基礎設施建設和市場需求增長。除了降低成本外，還需要政府研發與示范來支持消除低往返效率等技術障礙的努力。

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