在2021年10月舉行的2021中國汽車工程學會年會上，中國汽車工程學會理事長、中國工程院院士、清華大學教授李駿發表了題為《Autonomy 2.0與Ammonia=Hydrogen2.0》的主旨報告，提出全球已進入“氨=氫2.0”時代，氫能產業要準備向氨能方向發展。

日本在2021年10月發布的第六版能源戰略計劃中，首次引入氨能概念，提出到2030年，利用氫和氨所生產出的電能將占日本能源消耗的1%。這是對2018年發布的第五版能源戰略計劃的重要修訂。

韓國在2021年11月公布了氨能和氫能的高溫燃燒計劃，宣布成立了一個氫氨發電示范促進領導小組，目標就是推動氫、氨與天然氣、煤混合燃燒發電。2021年12月7日，韓國進一步宣布將2022年作為氫氨發電元年，力求打造氫氣和氨氣發電全球第一大國。

澳大利亞工程院院士程一兵在2021年年底的一次氫能會議上介紹，澳大利亞目前在積極布局向日本和韓國提供氨燃料，因為澳大利亞的陽光非常充足，他們將利用光伏制氫制氨，再把氨能通過海運方式運輸送到日本和韓國。

值得關注的是，在2021年年底，中國首家“氨-氫”綠色能源產業創新平臺已在福建成立，并致力于成立高新企業，發展集綠氨產業、氫能產業和可再生能源產業于一體的萬億元級產業鏈。2022年1月4日，寧夏回族自治區工業和信息化廳批準成立“寧夏氨氫產業聯盟”。聯盟由多家氨氫產業企業、高校和科研機構共同組建。

從技術角度，氨能是一種以氨為基礎的新能源，既可以與氫能融合，解決氫能發展的重大瓶頸問題，也可以作為直接或者間接的無碳燃料直接應用，是實現高溫零碳燃料的重要技術路線。

氨從最傳統的農業化肥領域向能源領域拓展，目前在全球取得了哪些進展？還將面臨哪些障礙？在“雙碳”目標下能否成為2022年的新風口？

人類對氨的認識已超過200年，其分子式1784年被正式確定下來。氨的分解與合成，起始于19世紀中期。

20世紀中期之后，氨能作為交通燃料應用的探索多種多樣。從1960年代開始，氨燃料從軍用轉向民用。

比利時研究人員首先將氨作為燃料用于驅動汽車。美國航天局利用氨作為動力燃料開發研制了X-15型試驗飛機。俄羅斯發動機制造商Energomash公司研制出以氨-乙炔混合物為燃料的新型發動機。瑞典ASEA公司設計了功率為200千瓦的液氨-液氧燃料電池用于驅動潛水艇。

從燃料特質來看，氨是氫之外最容易獲取的可再生燃料。氨可由水中的氫和空氣中的氮合成，并在氨燃料電池反應時或在氨內燃機中燃燒時還原為水和空氣。

氨的空燃比（空氣和燃料的混合比例）較低，在同樣的空氣進量下能提供更多的能量，因此可以作為高功率燃料。氨燃燒的熱損失遠低于汽油和氫氣，意味著高溫氮氣帶走的熱量損失也大大減少。氨燃燒后尾氣排放總量最少，也沒有二氧化碳的排放。

與氫能相比，氨能在儲存和運輸上具有明顯的優點。氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄漏，對儲存容器要求高，并且氫氣非常活潑，與空氣混合后容易發生燃燒和爆炸。如果遠距離運輸氫，需要將其液化，在常壓狀態下，需要將其溫度降低到零下235攝氏度以下，能耗較高。如果以管道運輸，則需要克服純氫以及摻氫的氣體給管道帶來的安全隱患，攻克氫氣管道的材料難題。

正是因為氫的儲存和運輸成本太高，氨開始受到更多的關注。氨由一個氮原子和三個氫原子組成，是天然的儲氫介質；常壓狀態下，溫度降低到零下33攝氏度就能夠液化，便于安全運輸。目前全球八成以上的氨用于生產化肥，因此氨有完備的貿易和運輸體系。所以，從理論上來看，可以用可再生能源生產氫，再將氫轉換為氨，運輸到目的地。

盡管氨能具備上述多種優點，但仍然有兩大技術難題未能解決。

其一，不能穩定燃燒。氨氣的燃點為651攝氏度，需要較高溫度才能燃燒，難以穩定持續的燃燒會產生不完全燃燒的副反應——產生有毒有害氣體一氧化氮和二氧化氮。

其二，如何獲取“綠氨”。氨氣主要是氫氣和氮氣在高溫高壓下發生催化反應而成，目前全球主流的制取方法是20世紀初德國化學家弗里茨·哈伯和卡爾·博世等人提出的哈伯-博世工藝，這一方法本身以化石燃料為氫源和熱源，會造成大量的二氧化碳排放。

對于上述兩大難題，全球的科學家和產業界都在重注投入攻關。

針對充分燃燒問題，日韓兩國在研發上遙遙領先。據程一兵介紹，三菱重工目前開發的4萬千瓦100%純氨燃料發電機，已經能將氮氧化物控制在100ppm（百萬分之一）甚至10ppm以下，預計2025可以實現商用。日本大阪大學教授赤松史光正在牽頭研究，用氨作為燃料燃燒開發10～100千瓦的燃燒爐，已經達成工業級規模。

2021年3月4日，韓國船級社授予韓國船舶技術株式會社研發的“8000噸級氨燃料動力加注船”原則性認可證書，使其成為韓國第一艘以船用輕質柴油（MGO）和氨為雙燃料的8000噸級氨燃料加注船。

2021年12月27日，住友商事宣布與大島造船發起共同項目，設計開發世界領先的氨動力散貨船。預計在2025年完工后，這艘散貨船將由住友商事擁有并運營，助力干散貨航運客戶減少供應鏈排放。

針對綠氨問題，科學家正在探索更多的綠色制氨方案。例如固氮酶合成氨、光催化合成氨、電催化合成氨、等離子體法合成氨、循環工藝法合成氨以及超臨界合成氨等。其中固氮酶合成氨、光催化合成氨及電催化合成氨的關注度較高。

對此，蘇州大學能源學院院長晏成林認為，固氮酶合成氨工藝具有電子效率高、能耗低的優點，但反應速度慢限制了氨產率的提高，此外還面臨催化劑的穩定性和回收利用難題；光催化合成氨具有傳統的半導體材料成本低廉、易于制備且光穩定性好等優點，但容易受到太陽能不確定性和效率低的限制。

電催化合成氨在常溫常壓的溫和條件下即可實現綠色、零排放合成氨，但氮氣穩定的化學鍵、較高的第一電離能及其在水中較低的溶解度，都對電催化合成氨反應造成了極大的障礙。

氨能作為一種清潔能源，雖然未來應用場景多種多樣，但目前主要包括儲氫、發電和傳船舶燃料等領域。

目前，澳大利亞利用自身光伏和天然氣資源豐富的優勢，將電解水制取的“綠氫”和天然氣制取的“藍氫”液化成氨，運輸到日本、韓國等主要需求地。

據報道，由沙特阿拉伯的未來城市NEOM、沙特國際電力和水務公司、空氣產品公司三方組成的 “NEOM綠氫公司”正在考慮將綠氫合成零碳排放的綠氨，并專由空氣產品公司出口至全球市場。目前項目的工程設計和采購工作已正式啟動，預計工廠將于2026年投產。

在發電燃料上，日本制定了積極的目標。根據第六版能源戰略計劃，日本提出了積極的目標，到2030年將氫和氨用作燃料，與天然氣或煤粉等混燒發電，占日本發電量的1%。具體來說，日本計劃首先采用混燒技術，比如30%的氫加70%的天然氣，或者20%的氨加80%的煤粉，之后逐步提升氨和氫的混燒比例，計劃到2050年實現100%的氨、氫燃燒發電。

2021年12月26日，國家能源集團總經理、中國氫能聯盟理事長劉國躍提出，要推進燃煤機組摻燒液氨，探索綜合減污降碳技術。目前，國家能源集團正在積極推進燃煤電廠摻氨燃燒技術研發和示范，謀劃綠氫合成綠氨技術示范。

廈門大學能源學院教授王兆林在2021年年底透露，其在山東布局的氨燃料發動機已經具備量產能力，2022年氨氫能源將會有大的發展。

據了解，程一兵所在的仙湖實驗室正在加快建立氫氨融合燃燒實驗室，建立一流的研發隊伍，研究零碳內燃機和高溫工業爐穩定燃燒技術。

在船舶領域，2021年10月28 日，國際可再生能源署(IRENA)發布報告稱，氨在海運領域將成為清潔燃料的主力軍。

令人關注的是，挪威化肥巨頭雅苒國際出資建造的全球第一艘用氨能驅動的貨船雅苒·伯克蘭號，已于2021年11月22日下水首航。

資料顯示，我國是全球氨生產大國，全世界每年生產合成氨2億噸左右，我國的產能大約占到全球的四分之一。

“在電解水制氫的基礎上，我們要研究二代的綠氨合成技術，車載的氫氨分離器技術，并研制氫氨融合的內燃機，用于大功率的卡車和輪船。同時我們還要開發零碳的氫和氨的燃燒技術，幫助硅酸鹽行業、發電行業首先實現碳達峰和碳中和。”程一兵強調。