已有氢能，为什么要发展氨能？

核心提示

2021年氢能行业出现了两个新的趋势，一个是氢气发动机，一个是氨能。氢气发动机方面，国内的一些主机厂，包括上汽、一汽、吉利、长城等都在做氢内燃机技术方面的研发，详见氢气发动机是个啥？能否成为未来一条技术路线；氨能，则像一阵旋风，猛然而至。

本文对氨能做了一个初步研究和梳理，以供行业交流。

2021年10月19日至21日在上海举办的以“汽车＋X，双碳背景下汽车科技创新”为主题的2021年中国汽车工程学会年会上，李俊院士发表了题为《Autonomy 2．0与Ammonia＝Hydrogen2．0》的主旨报告，他指出，氢能的长尾效应严重阻碍了氢能的利用与商业化进程，而氨能在存储和运输方面的优势能够很好的弥补氢能的缺陷，全球已进入“氨＝氢2．0”时代，氢能产业要准备向氨方向发展。

此前，2021年5月26日－28日上海举办了第一届“2021年氨燃料电池动力系统产业发展上海国际峰会论坛”，来自中外的能源厂家、设备供应商和配套厂家均参与其中，交流氨能发展的新机会，反响热烈。

组织方响应产业界要求，半年后又举办了“第二届氨产业和氨燃料动力系统上海国际论坛”，探讨氨产业和氨燃料动力系统在航运、船舶、内燃机、飞机、汽车、市政、电力、工程、港口等清洁新能源市场的机遇与发展趋势。全球前两大船东MOL和NKY均报名参加。

氨能在当今碳中和的背景下越来越受到各个国家政府的重视。

2021年4月日本政府发布了“Japan embracing ammonia power to achiever 2050 zero CO2 target”氨战略，并且在2020年12月发布的《以2050年碳中和为目标的绿色增长战略》，2021年10月发布的《能源战略计划》中，均提到氨能。其中，《能源战略计划》是日本政府基于2002年生效的《能源政策基本法》而制定的政府文件，用于披露能源政策的方向，具有非常重要的参考意义和指导价值。

此外，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，政府将投入400亿韩元用于有关基础设施建设，并于2023年前制定“氢气和氨气发电指南”。

而美国自2004年起每年举行一次“氨学术交流会议”，更是将2008年的会议主题定为“氨－美国能源独立的关键”。

1

已有氢能，为什么要发展氨能

第一，氢的燃点为570℃，爆炸极限为4％－75％，火焰传播速度在2－3m／s，而氨的燃点为650℃左右，爆炸极限为16％－25％，火焰传播速度约为几十厘米每秒。另外，氢无色无味，泄露过程中不容易发现，而氨具有刺激性气味，在泄露初期更容易被发现解决。因此，在防爆方面，氨的使用比氢的使用具有更好的安全性。但是也应该指出，氨具有毒性，能够对呼吸道黏膜产生不良刺激，由于液氨泄露致人死亡的工程事故不在少数。

第二，氨具有存储优势。应用场景比较多的储氢方式主要有三种，分别是液氢储氢、高压储氢和吸附储氢。在这三种中，最有可能大规模商业化运用的分别是液氢储氢和高压储氢两种，下文对这两种气体存储方式进行讨论。氢的临界温度为零下239．96℃，临界压力为1．32MPa。氢如果需要在常压下保持液态形式，则需要将环境温度继续降至零下253℃，这不仅将耗费大量的能量制冷，并且，由于内外温差大，氢的气化不可避免，50立方米的储氢罐一般会以每天0．4％的速度发生蒸发。氨的临界温度高达132．4℃，此时的临界压力也仅为11．298MPa。因此，氨的储存比氢的储存更简单，氨可以在8．58个大气压下、温度为20℃的环境中以液态的方式储存，也可以在常压、温度为－33℃的条件下储存液氨。

由于储存压力或储存温度较低，氨储气瓶的材料厚度（或提供强度或提供保温）可远低于氢储气瓶，因此氨储气瓶占总质量比重低，或者是储气瓶制造成本差异悬殊，如70MPa碳纤维氢气储气瓶的造价是普通钢瓶的10倍以上。另外，氨气可以在常温下加压液化储存，这能避免液氨气化导致的气体损失，从而极大地延长储存时间，这是低温液氢储存不可能达到的工况。

第三，氨具有输运优势。首先，氨的体积能量密度是液氢的两倍。在同样的容积内，能够输送的氨能蕴含能量高一倍。另外，如前所述，液氢的保存温度非常低，这需要非常厚的保温材料。因此储存的氢气大约是低温储存箱体总质量的20％，体积占总箱体的50％。在实际运输中，需要消耗许多额外的能量用于储存罐的运输。

最后，氨是一种常用的化工用品，每年世界对氨的需求量为两亿吨左右，一个广泛运用的氨输送体系已经存在，而氢运输网络尚处于制定标准的起步阶段（如氢能刚被列为2022年能源行业标准立项重点方向），以后还需要进行基础设施建设。