我國綠色氨能源技術與產業展望

張克金 馬亮 姜明慧 曹婷婷 邊海東 劉曉雪

（1.一汽解放商用車開發院，長春 130011；2.中國第一汽車股份有限公司研發總院，長春 130013）

主題詞：氨能 氫能 氫燃料電池 氨氫融合 碳中和 新能源

縮略語

HICEV Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle

FCEV Fuel Cell Electric Vehicle

SMR Steam Methane Reforming

CTG Coal To Gas

POX Partial OXidation

SOFC Solid Oxide Fuel Cell

PEM Polymer Electrolyte Membrane

AFC Alkaline Fuel Cell

PM Particulate Matters

LHV Lower Heating Value

1 前言

當前，中國汽車工業面臨環境保護和能源安全的嚴峻挑戰。2020—2060年之間，碳達峰和碳中和已經上升為國家戰略，車企面臨減碳和無碳的壓力，新能源汽車取代傳統車成為主要的解決方案。自2018 年開始，中國的石油資源對外依存度超過70%，開辟能源新渠道，研發和使用本身不含碳的燃料是消除和緩解氣候變化的關鍵，氫能成為未來發展趨勢。

2021 年10 月，在中國汽車工程學會的年會上（SAECCE 2021），李駿院士圍繞《Autonomy 2.0 與Ammonia＝Hydrogen 2.0》主題，探討了中國汽車未來產業重大科技創新方向，并對如何防止新能源汽車產業出現“長尾”效應（Long Tail）進行論述，提出未來我國運輸裝備雙碳達標的能源構架，即未來的車用能源應包括清潔燃油、氫能、氨能、天然氣及合成燃料和電能。Hydrogen 2.0 的重大意義在于綠色制氫，新能源劃時代的意義在于綠色能源，這也是新能源汽車綠色零碳、持續發展的基石。由于氨能產業在制氨、儲存、運輸和應用上形成了高度成熟的產業鏈，國際上氨能產業在發展中正與氫能融合發展，在交通運輸領域零碳發展中可以扮演重要角色。

通過收集分析國內外文獻，本文梳理分析了我國汽車產業能源現狀和低碳趨勢、鋰電在新能源汽車產業發展中發揮的作用，氫能產業現狀和氫燃料電池汽車產業發展的短板。研究了國內外氫能和氨能最新研究進展，從氨的化學、熱物理和燃燒特性提出氨作為運輸裝備燃料的適應性，分析了氨作為無碳燃料在氨制備、氨氫融合發展的儲運和應用的潛力和面臨的問題，提出了氨氫融合發展的建議。

2 汽車工業的能源未來

2.1 我國的能源現狀分析

中國每年需要大量進口石油資源以滿足經濟發展的需求，而相對豐富的煤炭資源，更多的應用于火力發電，對環境的污染較為嚴重。積極發展基于零碳的新能源技術，一方面是為了紓困能源安全的難題，另一方面也可以在低碳的新賽道上，實現國家的汽車產業調整和轉型升級。

2.2 汽車的低碳化趨勢

C2ES 研究表明，全球溫室氣體的排放總量中二氧化碳排放占比已達到76%[1]，而且增加趨勢明顯。因此，全球氣候治理開啟新階段，1997年簽署的《京都議定書》和2016 年簽署的《巴黎協定》作為2 個有法律約束力的全球氣候協議，宣稱控制溫室氣體排放至關重要，對人類社會的未來將產生重大影響，主要發達國家和中國都是其簽署國。

歐盟致力于引領世界低碳能源技術的發展，其綠色技術產業領先全球，是主要先進能源技術應用比較活躍的地區之一。德國在2020 年6 月發布了《國家氫能戰略》[2]，圍繞氫的研發和應用推出了一系列舉措，德國政府資助總額超過87 億歐元，通過建立“綠氫國際未來試驗室”，希望吸引國際頂尖人才，提供了80億歐元資助62 個大型氫能項目，包括氫能生產、運輸和工業領域應用。日本政府于2020 年12 月發布“日本綠色增長戰略”[3]，并制定了2021—2050“日本氨燃料路線圖”，推進綠色氫能和氨能的融合戰略。美國能源部(DOE)推動低碳能源的研發，強調了氨能在未來能源中的不可替代作用，公布了氨能基礎建設規劃，重點支持制氨、輸氨和用氨的基礎設施建設。

全球汽車工業發展迅速，2020 年，全球道路交通裝備碳排放量幾乎占到全球總碳排放量的26%。2019 年，我國交通運輸領域CO2排放約占我國全社會CO2總排放的11%[4]，2020 年受疫情影響，有所降低。

圍繞交通領域低碳使命和任務，中國正在積極地制定應對戰略，即逐步推廣低碳技術，力求低碳技術路線的多樣化，最終實現零碳交通。在制定新能源汽車技術戰略時，多數主機廠所采用的技術路線包括鋰電池平臺、氫燃料電池平臺、氫燃料內燃機、甲醇燃料內燃機、生物質燃料內燃機、氨燃料內燃機。

對于鋰電池、氫燃料電池、甲醇燃料內燃機和生物質燃料內燃機已經是接近成熟的工業產品，而氫燃料內燃機和氨燃料內燃機仍處于技術研發之中。

2.3 鋰電將在新能源領域發揮重要作用

按照《中國制造2025》[5]戰略以及各類新能源政策的指引，依據“三縱三橫”的部署[6]，近年來，中國新能源汽車正在快速發展，并走向了市場成熟期。

2020 年，新能源汽車保有量達到490 萬輛，2021年，新能源汽車保有量達到784 萬輛[7]，在全球市場份額已經超過50%，并且涌現出像比亞迪和寧德時代等全球標桿性的領軍整車和零部件企業。但是，當前的鋰離子電池產品技術本身仍處于發展之中，影響續駛里程、充電和安全等的綜合性能有待進一步提高。

作為車用動力，不論是磷酸鐵鋰或三元鋰電池，在其使用性能方面，都存在續駛里程低和充電時間長的固有缺點。在長江以北地區的冬季環境下，電池單元的啟動困難，汽車動力不足。另外，電池組的有效壽命為4～6 年，車用電池的回收與梯次利用是整個行業面臨的難題。現階段的技術水平，難以實現標準化和批量化的工業化回收，回收過程本身還會造成一定的環境污染，這將是鋰電池全面推廣應用的最大障礙。未來，鋰電池的運營場景有以下特點。

（1）鋰電池乘用車在長江以南區域將獲得全面的推廣應用；

（2）鋰電池商用車僅僅在局部特定運營場景進行批量應用，商用車全面鋰電化的推廣面臨巨大的挑戰；

（3）車用鋰電池的回收和梯次利用將會成為行業的瓶頸。

鋰電池未來應用前景不是絕對不變的，國內外正在積極開發下一代鋰電池。隨著鋰電池材料技術發明和電池結構設計的革新，未來全固態電池、鋰硫或鋰鈉電池的產品，在安全、壽命、快充、低溫性能和資源掌控方面取得重大突破，將會真正助推新能源鋰電池汽車的爆發式增長。

2.4 氫能源發展潛力巨大

由于鋰電池面臨礦產資源和產品性能的限制，短期內無法徹底解決，而且鋰電池的產業鏈循環也面臨較大的挑戰。因此，鋰電池不會是新能源汽車的唯一解決方案，氫能在汽車產業上的應用正在成為汽車行業和學術界研發熱點。其中，氫內燃機和氫燃料電池是主要方向，對燃料電池的期望值最高。

氫內燃機車輛（Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle，HICEV）通過燃燒氫氣及空氣中的氧產生動力。這種車輛的缺點是相對氫燃料消耗速度快、能效較低、續駛里程短，燃燒中也不可避免的產生氮氧化物，需要后處理系統進行尾氣凈化，氫脆的問題也會影響關鍵零部件強度和壽命。總體來看，HICEV技術對汽車產業升級的意義重大，但需要解決的行業難題較多。

氫燃料電池系統車輛（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）利用氫及空氣中的氧，借助燃料電池電堆產生電力，通過電機驅動汽車。相比之下，這種氫能源車的應用場景更為廣泛，也更有效，對汽車產業升級更有意義。

1839 年，Robert Grove 發明了世界上第一個氫燃料電池原型機，經過100多年的技術發展和演變，采用氫氣發電，實現零排放的氫燃料電池汽車技術在全球范圍內形成了產業研發新熱點，以豐田的第1 代和第2代Mirai燃料電池系統，及巴拉德的9SSL和LCS的電堆為代表，全球大部分車企都投入燃料電池開發業務，近年來已經開始形成產業鏈，氫燃料電池汽車產品已經開始進入傳統汽車市場。

當前，我國氫燃料電池產業鏈上的企業已經達到500 家以上，尤其是在《中國制造2025》[5]以及《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》[8]技術路線圖的指引下，氫能應用于汽車行業有了更加明確的戰略規劃和發展方向，預測2025 年將實現50 000 輛的應用規模，2030 年將實現1 000 000 輛的應用規模，特別是2021年公布的“十城千輛”燃料電池產業促進方案[9]，第1輪勝出的長三角、珠三角和京津冀3大產業鏈集群區域，代表了當前中國氫燃料電池產業的水平，其中，尤以長三角區域的產業集群最具氫燃料電池產業示范作用（表1）。

表1 我國第1批燃料電池“十城千輛”示范城市群[9]

2.5 氫燃料電池汽車技術短板

基于氫能的燃料電池被認為是汽車工業零碳發展的終極目標，但在當前和未來一段時間內氫燃料電池汽車技術仍存在的某些短板。

2.5.1 能量密度低

采用高壓氫和液氫是提高氫能量密度的主要方法，但是面臨儲氫過程能耗高以及相關設備制作成本高的核心問題。在標準狀態下，氫的密度是0.089 9 g/L，為水的密度的1/11 236，加壓到35 MPa 狀況下，氫的密度達到24.08 g/L；加壓到70 MPa 狀況下，氫的密度達到40.01 g/L；更極端的做法是繼續加壓，并在-252.7 ℃時，氫氣可變為液體，液氫的密度可增加打到70.8 g/L。使用液氫，車載儲氫系統將變得非常復雜，并且無法獲得很成熟的傳統燃油車續駛里程和經濟性[10]。

2.5.2 安全性低

氫原子半徑小，氫氣能穿過大部分肉眼看不到的微孔。在高溫和高壓下，氫氣甚至可以穿過儲罐慢慢地釋放。此外，氫氣非常活潑，穩定性差，泄露后易發生燃燒和爆炸，氫氣的爆炸極限范圍（氫氣的體積占混合氣總體積比為4.0%～74.2%），超高壓氫氣流從微孔泄露出來，在靜電條件下，形成無色的微火焰，可以設想大量的氫燃料電池乘用車停在地下車庫的極端場景和可能引發的后果，這就是國家不鼓勵乘用車采用燃料電池作為動力的一個主要原因。

2.5.3 加氫站資源不夠

依據測算，建立1 座日加氫能力為1 000 kg 的氫氣站，投資約為1 500～2 000 萬元。預計我國2025 年前建成1 000 座，未來將建成10 000 座以上，以便于氫燃料電池汽車使用，同時同步需要配備管束車或氫氣管道輸送能力，氫的運輸成本基本在20～40 元/kg，據此，氫網絡能力建設方面的投入2 000～3 000 億元，運費也將居高不下。因此，氫能行業存在一定的投資風險，短期內加氫網絡建設與實際需求不匹配將成為制約行業發展的瓶頸之一，影響產業的快速、健康發展，很容易演變為“長尾”效應。

2.5.4 缺乏高效的制氫模式

為滿足氫燃料電池車大規模上量的需求，氫氣的來源必須解決。當前，氫氣制取渠道多種多樣，氫氣可以從煤炭、天然氣、甲醇、電解水、氨和副產氫中獲取氫資源，在工業上規模制氫技術已經成熟。

（1）煤炭制氫：煤炭理論含氫量最高達11%，采用成熟的水熱重整工藝，使用堿金屬催化劑，操作溫度在900～1 000 ℃，氫氣純度達99.9%～99.99%，消耗的能量轉化成氫氣的能量效率為60%～65%，缺點是需要脫硫凈化。

（2）天然氣制氫：天然氣中以甲烷計算理論含氫量為25%，采用成熟的水熱重整（Steam Methane Reforming，SMR）工藝，使用堿土金屬/稀土催化劑，操作溫度在700～900 ℃，氫氣純度可達99.9%～99.99%，消耗的能量轉化成氫氣的能量效率為80%～85%，缺點是性價比稍差。

（3）電解水制氫：超純水理論含氫量達11%，采用成熟的PEM 工藝，貴金屬催化劑，操作溫度在70～90 ℃，氫氣純度可達99.999%，消耗的能量轉化成氫氣的能量效率為70%～80%,缺點是產能低。

（4）甲醇制氫：工業副產品甲醇理論含氫量為12.5%，采用成熟的POX 工藝，使用堿土金屬/稀土催化劑，或貴金屬催化劑，操作溫度為250～500 ℃，氫氣純度達99.9%～99.999%，消耗的能量轉化成氫氣的能量效率為70%～80%，缺點是工業副產品甲醇的來源有限。

（5）氨裂解制氫：液氨理論含氫量為17.6%，使用堿土金屬/稀土催化劑，或貴金屬催化劑，采用成熟的AQ 工藝，操作溫度在500～800 ℃，氫氣純度可達99.9%～99.999%，消耗的能量轉化成氫氣的能量效率為70%～80%，缺點是氨是農業生產資料，短期內存在資源限制。

2.6 打造氨能源產業

氨作為制氫的前驅體，氨分子中含氫量17.6%，碳含量為0。理論上，它是氫能的最理想的無碳載體之一。我國氨的產量約占世界總產量的30%，當前市場需求疲軟，氨的產能過剩約為30%，氨的生產工藝成熟可靠，又可以快速的提高產能，所以，采用氨作為燃料電池的氫源是雙贏的戰略。但是，按照國家的《危險化學品安全管理條例》[11]規定的內容（表2），氨被列為危險化學品序列，在生產運輸和使用環節需要有關部門進行重點的監管。為此，以氨為抓手打造氨能產業，需要科學的規劃。

表2 氨的屬性和分類[12]

3 氨作為汽車工業能源的適用性分析

氨燃燒時得到水、氮氣以及微量的氮氧化物，裂解時得到氫氣和氮氣，具備常規燃料所需的廉價、易得、易揮發、便儲存和高熱值的優點，作為化石燃料的潛在替代品，未來有可能伴隨氫能經濟而誕生氫氨融合產業。

氨已經被美國能源部（DOE）和日本氫能協會（JH2A）列為未來全球最具潛力的無碳能源，它已在船舶運輸、發電、分布式儲能（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）領域進行了積極的嘗試，如果能夠保證大規模生產供應，理論上，氨可以取代很大一部分石油燃料消耗。

3.1 氨的理化特性

氨的存在形態有氣態氨和液態氨，在一定的物理條件下可以實現相態轉換。

氨主要缺點包括：腐蝕性和強揮發性（表3、圖1）。液氨揮發成氨氣所帶來的刺激性氣味，操作者是直接受害。因其高揮發性并伴有刺激性氣體，氨的泄漏非常容易被覺察和控制，不易引發惡性事故，與氫氣的無色、無味以及燃燒時無色火焰，形成鮮明的對比[13]。

表3 高純液氨的理化指標

圖1 氨的蒸氣壓曲線（揮發性與溫度關系）[14]

3.2 氨的熱物理特性

液氨儲運網絡健全，儲運條件要求不高，不像高壓氫氣和液氫那樣苛刻。氨的流動性與汽油相近，計量控制比照汽柴油（高熱值為47.3 MJ/kg），其高熱值（22.5 MJ/kg）約為汽油的50%，與甲醇相當，氨和其它燃料的熱物理特性見表4。

表4 氨和其它燃料的熱物理特性

3.3 氨能源的技術優勢

零碳是氨作為能源的最大潛力和優勢（圖2）。此外，相對于甲醇、乙醇、天然氣和煤炭等其它含氫燃料，氨裂解過程中的能量消耗較低，也是因為氨不含碳，因此可以簡化氨裂解制氫環節的碳捕集和一氧化碳凈化工序，整體上保證氨能的成本和技術優勢[15]。

圖2 常規的含氫前驅體的能量分析

3.4 氨作為能源的應用場景分析

3.4.1 氨資源和經濟性分析

氨的合成制備是依據Haber-Bosch 工藝進行，當前已經發展到第3 代工藝技術，大規模生產很成熟[16]。目前，汽油價格大約在7元/kg，而高純液氨的價格為3～3.5 元/kg。假如對國內的氨產業重新進行規劃，提升產能，穩定氨的市場價格，把氨定義成一種燃料和儲氫材料在經濟上是科學合理的。此外，構建一個全新的氨能產業鏈，既能緩解一些能源緊張局面，也能促進技術創新[17]。

3.4.2 氨直接燃燒

氨作為燃料直接燃燒已相對成熟。它可以無障礙的用于船舶、電站和鐵路內燃機，無需摻混，直接燃燒輸出動力，在船舶上有較多的應用實例。歐洲和美國也在積極建設大型的固定式氨能發電站。此外，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）將啟動“綠色創新基金”，投入320 億日元開發“下一代船舶”項目，整合多家日本企業，推進以氨或氫/氨復合的能源模式，為先進船舶內燃機提供燃料和動力技術，項目實施周期為2021—2030 年。當前，氨作為燃料直接供給內燃機燃燒，還存在問題，例如，車載液氨，而噴射到燃燒室之前必須是氣態氨，由于液氨的汽化潛熱高達1 370 kJ/kg，明顯的高于汽油的汽化潛熱（348.7 kJ/kg），這樣，液氨的氣化就需要消耗較多的熱量，明顯的降低了缸內溫度。另一項問題是氨的燃燒熱值為18.8 MJ/kg，又明顯的低于汽油的燃燒熱值（43.4 MJ/kg），為彌補這方面的不足，就需要額外的噴射更多的氨，更降低了燃燒室的溫度，影響幅度高達100℃左右，燃燒性能會惡化。

3.4.3 氨的摻燒

國內外學者對氨在內燃機中的摻燒進行了很多研究，例如，使用40%～60%比例的氨替代部分柴油應用于壓燃式發動機，發動機不需要大的改動，只需完成燃料供給系統的匹配、性能測試以及排放污染物的特性標定，就可以進行產品應用。這些研究結果表明，經過重新匹配標定后，氨摻燒的發動機性能完全可以滿足應用目標要求。但氨活潑性很強，高溫下與氧氣發生部分氧化反應，會生成氮氧化物，以及氨可能存在瞬時逃逸。此外，游離的氨可以輕易地與尾氣中的酸性氣體反應生成銨鹽，使顆粒物(PM)排放惡化。因此，這類氨摻燒發動機研究積累方面，還存在若干的空白點，需要精細的燃燒和排放后處理系統閉環控制。在GDI PSA 發動機上也進行了氨的摻燒研究，在以H2的當量體積比為10%，計量氨的摻入比例，工況下燃燒平穩，排放污染物中的氮氧化物可以減少40%[18]。另外，在進行氨氣摻燒天然氣的測試中，出現新的問題，例如，傳統的后處理系統，是依靠CO 來促進NO 轉化，氨摻燒后，在某些工況下NO 排放增加幅度明顯，并出現一定的NH3逃逸，從式（8）～式（10）可看出這種問題。在國內外已有的研究中，沒有對氨燃料其它使用中的問題進行分析，例如，由于燃料和氨燃燒中產生水，停機后，氨分子將生成銨離子（NH4+），發動機內部裸露部件將處于氣相腐蝕的環境，而互相嚙合的部件之間將處于液相腐蝕的環境，因此，發動機內部較大可能會存在電化學腐蝕風險，銹蝕也不可避免。此外，發動機潤滑油添加劑中一般都會應用石油磺酸鈣/鎂鹽或高分子胺鹽作為清凈分散劑，游離的氨與這些化合物具有高度的親和性和相容性，從而使氨在潤滑油中產生累計，改變總堿值，促使潤滑油乳化。

3.4.4 直接應用于SOFC

SOFC 是一種將燃料與氧化劑中的化學能直接轉換成電能的全固態電化學發電裝置，能量轉換效率高，可達到60%左右。假如對產生的熱進行采集，熱電聯供效率可達到80%以上，是目前最為前沿的一代燃料電池技術。在固體氧化物燃料電池的陽極一側通入氨氣，通過陽極的多孔結構擴散到陽極與電解質的界面，在陰極一側通入氧氣或空氣，陰陽極聯合反應發電，同時產生熱量[19-20]。很多國家普遍把SOFC 作為一種戰略儲備技術，如美國的Bloom Energy公司，日本3菱和日立公司，德國博世公司，以及中國濰柴動力公司。

3.4.5 固定站內的氨制氫

根據GB 50516《加氫站技術規范》（GB 50516 住建部已修改）[21]，為氫燃料汽車而建立的加氫站，出于安全和消防的考慮，一般選址在遠離居民區的空曠區域，不具備汽柴油加油站區位的方便性，采用固定式的站內氨制氫，就可以消除高壓氣氫和液氫的運輸、卸氣、存儲、加氣環節的環境安全隱患。氨制氫包括氨直接裂解制氫和氨水的電解制氫2種方式，前提是必須開發安全可靠、小型化、模塊化、自動化的小型制氫裝置，具備標準狀態下300～1 000 m3/h的工業級制氫能力。

3.4.6 車載直接氫燃料電池

如前所述，氨在催化劑作用下，可以分解出氫氣，滿足質子交換膜的燃料電池的用氫需求[9]；在此方面，國內外已經有較多的嘗試。廈門大學研制出了隨車的氨制氫裝置，采用的技術方式包括氨熱裂解和氨水電解2種，采用緩沖罐來代替高壓儲氫瓶，可以提高車輛的續駛里程[22]。直接的車用氨燃料電池僅處于樣機階段，耐氨的燃料電池材料體系和單電池的結構優化工作仍處于空白，驗證較少，真正的走向實用化，仍面臨多方面的技術壁壘。

4 氨能源推廣技術路線圖設計

4.1 以煤炭為基礎，優化制氨和碳捕集

中國的自然資源是缺油、少氣，而煤炭儲量相對豐富。從圖3 中可以看出，我國的天然氣價格波動較大，而煤炭價格相對平穩，如果把煤炭作為實施綠色氨氫能源的抓手，就可以把我國的氨氫能源之路與Iowa Energy Center 描述的圖4 中的能源演變的3 個階段有機結合[23]。當前，解決好化石燃料的高效、低污染利用，做好氨氫能源1.0 基礎工作，大力發展綠色可再生氨氫能源，謀劃氨氫能源2.0藍途。

圖3 歷年來我國的煤炭以及天然氣價格走勢

4.2 打造氨氫融合1.0的產業鏈

2022—2035 年我國處于能源結構3 個階段中從化石能源向綠色可再生能源過度期，做好戰略規劃，積極開展傳統化石燃料的高效利用，積極促成碳捕集技術落地，積極開展綠色能源技術開發與轉化成為當務之急（圖4）。按照圖5 的模式，氨氫融合1.0 的產業鏈以氨為抓手，減少灰氨和灰氫使用，逐步增加綠氨和綠氫，架設從氨到氫的能源橋梁，較好契合國家的2035年碳達峰路線圖。

圖4 能源發展的3個階段[23]

圖5 在2035年前氨能技術模式

4.3 規劃氨氫融合2.0的產業鏈

如圖4 所示，規劃好從2022—2035 年的戰略規劃與產業落地工作，積極開展傳統化石燃料的高效利用，促成碳捕集技術落地，積極開展綠色能源技術開發與轉化（圖6）氨氫融合2.0 的產業鏈是以氨為新的抓手，打通從氨到氫的能源橋梁，完全實現綠色氫能的全覆蓋，較好契合國家的2060年碳中和路線圖。

圖6 在2060年前氨能技術模式

4.4 氨氫融合推進整體思路

美國能源部（DOE）預測到2030 年美國的能源架構是：氨能占19.4%、氫能占17.8%、電力占15%、天然氣占15%和生物燃料占15%。未來的能源多樣化戰略中，我國汽車產業對氫會有很大需求，但是，氫能存在的幾個瓶頸問題短期內難以徹底解決。因此，氨能源會扮演重要的角色。采用已有的技術積極發展和完善氫能，打通環節，借助氨的生產資源和輸送網絡能力，促進氫能和綠色能源快速起步，建立氨能源體系[24]（圖7）。氨和氫協同發展（圖8），打造綠氨能源新體系解決單一氫能源存在的長尾難題，氨將在未來能源體系中起到承載氫能的橋梁作用，市場前景廣闊。

圖7 氨能源體系架構

圖8 氨氫融合推進中的3個產業階段劃分

4.5 車用氨能源的安全使用規范

4.5.1 生產和儲運端

已經有成熟的管理規范和輸送網絡，雖然有偶發性的氨泄漏事故，但這方面的管理較成熟，風險較小。

4.5.2 加注端

把氨引入并應用于運輸行業的能源領域，總體上，它的安全性優于液化石油氣，與汽油相當[25]。要強調的是，一方面，涉及到應用端的加注環節，氨的揮發性和危害性遠高于汽油，傳統燃油的加注流程和加油槍不適合液氨的加注，傳統的車載碳罐也不適合加注液氨過程的氨氣回收；另一方面，把氨能鏈條再延伸到制氫端，并推廣開來，仍缺乏大規模工業化實踐經驗的積累。此外，氨雖然不是溫室氣體，但是它可以與環境中的氮氧化物和碳氧化物反應生成微粒，間接促進了空氣中霧霾的生成，也應該引起足夠的重視。

4.5.3 使用端

目前，汽柴油的加油站在空氣中彌散微量的油蒸汽，人們可尚且可以適應。但如若氨在使用環節有微量的溢出，人們便會感受到不適，長此以往將導致皮膚、眼睛和呼吸道等器官遭受侵害。氨泄漏進入水體，也會對水生物產生不可逆轉的危害。當前，業界還沒有這方面的研究積累。此外，氨能燃料的汽車與《中華人民共和國道路交通安全法》[26]以及《乘用車內空氣質量評價指南》[27]的某些條款規定不能夠相適應。因此，車載液氨系統實現產業化應用仍面臨不少難題。一個切實可行的技術措施是采用車載固體氨技術，即采用無機氯化物，實現氨的吸附儲存，儲氨量可以達到液氨當量的92%，安全可靠，可以無障礙應用。

5 結論和建議

（1）成立國家級的氨能源推進組織

能源體系是國家的大戰略，能源技術是國家的大舉措，預計氨能將在我國未來的能源版圖上占據主要的位置；鑒于此，應設立國家級的氨能源推進組織機構，聯合院校、車企、鐵路、船舶、農機、礦山、行業協會/學會、氨廠、社會資本等力量，開辟能源新賽道，更好地服務于國家的減碳戰略。

（2）組織制定氨能源1.0技術路線圖

按照科學發展觀，一切發展規劃都要結合中國的國情，氨能具備無碳化的特征，氨能源將在未來的綠色能源發揮更大的作用。相關機構應組織制定中國氨能1.0技術路線圖，并盡快向國內外發布。

（3）加快推進相關氨能源的技術開發

針對2022—2035年第一階段，采用國家資助的方式，聯合國內外分布式科研資源，要優先解決好以下關鍵技術開發：

a.煤炭高效制氫技術和裝置；

b.多維度碳捕集技術開發和應用；

c.綠氨制備工藝技術開發和應用；

d.智能小型化站內氨裂解制氫技術和裝備；

e.智能小型化站內氨水電解制氫技術和裝備；

f.氨燃料燃燒學；

g.氨燃料內燃機的后處理技術；

h.氨燃料電池技術和產品化平臺。

（4）適時組織批量示范

在1.0 的攻關階段，適時的組織院校進行原型機的演示和應用示范；組織車企進行氨能內燃機/氨能車輛的演示和應用示范；組織鐵路機車的演示和應用示范；組織船舶動力的演示和應用示范；組織農業機械的演示和應用示范；組織礦山對煤炭制氫新技術的演示和應用示范，組織氨生產企業對綠氨生產技術和裝備的演示和應用示范；組織社會資本對氨燃料電池的產品演示和應用示范。