氨氢联动打破技术壁垒,全球或将迈入"绿氨=绿氢2.0" 时代

氢能加 2023-03-23
3204 字丨阅读本文需 8 分钟

3月14-20日,六天内有三个氢能大项目接连敲定,投资累计超222亿元。分别是国富氢能参投的36亿绿氢项目落地内蒙古;亿华通81.46亿制氢项目开建;中能建氢能源签署105亿绿氢项目。

氢能产业加速发展,带动另一处于种子阶段的产业——绿氨(由绿氢+氮气制得)产业蓬勃兴起。

在氢能爆发式增长之前,氨的身影总与化肥重合在一起。但现在,氨的更多功能被开发出来:氨是无碳燃料;氨与氢可以互相转化;而绿氨×绿氢,还可大幅减少化石能源消耗,真正实现绿色低碳。绿氨联动绿氢,可使每公斤氢气利润率接近50%,经济效益很明显。

当采用可再生能源制绿氨+氨运输体系+分布式氨裂解制氢时,终端用氢成本优势巨大,按绿电价格0.1元/kWh计算,合成氨、运输、再还原成氢气供应给氢燃料汽车等用户侧,每公斤氢气成本为18.13元,有16元利润空间

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氨×氢:能源巨头投资新宠

俄乌冲突和能源危机,推动了国际能源产业进一步重视绿氨的潜力。

2021年,全球最大氨生产商挪威Yara国际公司与挪威可再生能源巨头Statkraft以及可再生能源投资公司AkerHorizons宣布要在挪威建立欧洲第一个大规模的绿色氨项目;

2022年,埃克森美孚与3家绿色能源科技公司签署合作备忘录,计划在其位于挪威斯拉根的港口设施启动绿氨和绿氢生产项目研究,将斯拉根港打造为绿氨和绿氢生产销售枢纽;

2022年,日本三菱公司正考虑在美国得克萨斯州建立世界上最大的氨气生产设施之一,还考虑与壳牌在加拿大合作一个氨生产项目;

2022年,德国能源巨头尤尼珀公司和意昂集团宣布,均与加拿大恒风公司合作,确定未来将每年从加拿大进口100万吨绿氨,加拿大恒风公司正在积极推进的绿氨绿氢项目预计2025年初投产

近年来全球范围内的资本开始大举流入绿色氨氢项目。氨氢互相依托,正吸引能源巨头们涌入一股绿电、绿氢、绿氨浪潮,全球或将迈入"绿氨=绿氢2.0" 时代。

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绿氢绿氨项目全球开花,有望突破氢气利用瓶颈

全球绿氢绿氨项目数量已超40,中国企业走向海外已成趋势。近年,全球能源巨头竞相布局绿氢绿氨市场,其中电解水供应绿氢的绿色NH3(氨)合成项目最具商业化趋势。根据亚化咨询《中国绿氢产业链年度报告2022》统计,截至2022年,全球已布局超过40个绿氢绿氨项目,规划总产能超过1500万吨/年。由于绿氨产业市场前景广阔,海外和中国企业竞相布局绿氢-绿氨赛道,根据中讯化工信息研究院统计,截至2023年2月,全国规划绿氢项目已接近50个,规划产能超过800万吨。3月8日,埃及内阁声明,中国能建将于2024年5月在埃及建设价值51亿美元绿氢-绿氢项目。此前,2022年12月,中国能建与埃及签署绿氢项目合作,氢能业务首次出海,该项目建成后年产绿氢规模14万吨,其中包括电解水制氢、合成氨等。

“氨-氢”能源密不可分,氨具有储运优势。2021年,全球氢能需求量达到9400万吨,恢复并高于疫情前期(2019年:9100万吨),氢能发展已成行业共识,但存在储存和运输成本问题。合成氨属于氢基能源,作为大宗商品,是农业化肥和基本有机化工的原料,目前新增储能应用领域。根据国家统计局数据,截至2021年,我国合成氨表现消费量约为5989.64万吨,同比增速提升至14.50%。氨供需量大,含氢量高,未来有望随着氢能大规模运用,充分发挥储运优势。

传统制氨工艺是碳排放大户,政策推动行业节能降碳。根据国家统计局数据,2021年中国合成氨总产量5189万吨,占全球合成氨市场份额约30%。我国合成氨产业链上游原材料供应商主要是煤炭、天然气等高耗能产业,制备工艺属灰氨。灰氨是将天然气脱硫,通过二次转化,再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等,得到的氮氢混合气,再通过传统Haber-Bosch法合成。传统Haber-Bosch法反应能耗高,约占世界能耗1%,导致每年约2.35亿吨CO2排放,碳排放量较大。2022年初,国家发改委等联合发布《合成氨行业节能降碳改造升级实施指南》,提出优化合成氨技术原料结构,向绿氨发展。我们预计政策激励将加速推动未来国内传统合成氨向绿氨过渡的进程,带动绿色化工。

绿氨技术可实现大量脱碳,市场发展前景好。目前绿色制氨工艺主要指全程以可再生能源为动力开展的电解水制氢(绿氢)及空气分离制氮再通过 Haber-Bosch 法制氨的过程,生产过程可实现接近“零碳”排放。根据毕马威发布的《绿氨行业概览与展望》数据,2021年全球绿氨市场规模约为3600万美元,预计2030年将达到54.8亿美元,年均复合增长率高达74.8%,市场发展前景广阔。此外,随着未来全球碳排放交易体系落地和完善,高国际碳关税和碳成本将倒逼绿氨具有相对成本优势。

绿氨作为储运氢的载体,具有显著经济性。根据毕马威《绿氨行业概览与展望》预测,储能用氨将在2030年后进入快速发展期,2050年应用占比将达到50%。氨比氢气更易液化,且同体积液氨含氢量比液氢多至少60%,储运基础设施方面氨具备管道、船舶等运输方式,更加完善。运输成本方面,液氨运输一千克氢的远洋运输成本为0.1-0.2美元,低于氢运输渠道,具有经济性优势。未来绿氨作为氢载体,有助于实现氢的低成本远洋长输,并推动绿氢产销量的大幅度增长。

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氨×氢:中国寻技术突破

中国对氨能源研究起步较晚,实际应用中仍存在氨燃烧慢、合成氨耗能巨大等问题。但中国作为氨最大生产消费国,在氢氨联动方面正在积极发力,力争在国际产业创新前沿占据一席之地。

2021年,福州大学研发团队率先实现了新型的低温“氨分解制氢”催化剂的产业化,探索了以氨为氢能载体的颠覆传统高压储氢方式,为发展“氨-氢”绿色能源产业奠定了坚实的基础;

2022年,由宁夏区内外氨氢产业企业、院校、科研院所,共同组建宁夏氨氢产业联盟;

2022年,国家能源局提出,积极探索绿氢、甲醇、氨能等替代化石能源的新方式、新途径

企业还密集投身于氨氢联动的项目建设,在实践中谋求技术突破,截至今年2月,中国规划的绿氨项目已接近50个,其中有国家能源集团、国电投、中国能建等国家队的身影,也有中国天楹、远景科技集团等民企加入。

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氨:氢的最强辅助

氢能发展如火如荼,而对于氢气的运输环节,不同国家有不同设想或规划。例如,近期欧盟沙特均拟投巨资发展氢能。南欧和北欧之间第一条绿色氢走廊已开建,探索通过管道线和主要海底电缆运输氢能;沙特谋求向世界出口氢能,对运输氢气尚未有明确规划。

对此,中国则制定出氨氢体系来进行氢气运输。即以液氨的形式运输氢,再采用分布式氨裂解制氢,还原出氢气,最终将氢气按点供应给用户端。如此一来,液氨较低的运输费用+较低的终端用氢成本+逐渐降低是氨制氢成本,能让更便宜的氢气流入市场,加快氢能商业化进程。

鉴于经济性明显,不少企业在发展氢能的同时选择以氨做辅助。例如,吉电股份大手笔投资60亿,建设大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目,采用“绿氨消纳绿氢”模式,应对氢能产业输运瓶颈,且规划了合成氨负荷与新能源发电智慧协同,实现能源灵活消纳。

氨拥有一些重要的优点。从化学式来看,它可由地球上两种丰富的资源进行制备:从大气中获得的氮和从水中获得的氢。

此外,氨在低压和-33℃的条件下很容易被液化,而另一种目前广受追捧的燃料氢在-253℃才能被液化。而且,液态氨的能量密度高于液态氢,氨的体积能量密度几乎是氢的2倍,使其运输和储存更具能效。还有一点很重要:由于氨被广泛用作肥料,各国企业在使用这种化合物方面拥有丰富的经验,且已具备完整的相关基础设施。

除了作为运输氢气的载体,氨也可直接作为燃料,具备易于储运、零碳排放、热效率高等优点,有望成为氢能利用的一种重要氢基燃料。

从去年年底以来,中国将氨作为燃料的项目明显增多,用作发电、供热的项目较多且规模相对较大。

中国船舶集团旗下的中国首款氨燃料动力运输船获国际认证;

由皖能集团和合肥能源研究院合作研制的纯氨燃烧器已达到了8.3MW,为300MW火电机组一次性点火成功并稳定运行2个多小时;

福大紫金氢能的3kW氨制氢燃料电池,氨制氢加氢站目前在推进过程中

同时,宁夏、佛山和福州等地区集中成立了相关的工作专班、联盟等专业机构。在中国,目前主要以煤制氨,所得为灰氨。绿氨正持续增长,价格则有望随绿氢价格下降而下降。

在国际上,由于俄罗斯-乌克兰战争导致化石燃料价格飙升,国外暂时出现绿氢的价格比灰氢价格低现象。

氨氢联动可打破化工与电力行业的壁垒,实现电-氢-氨化产业有效联通。绿氢×绿氨的组合模式正蓬勃兴起,同时也被机构看好,世界顶级的会计专业服务机构毕马威在去年12月发布《绿氨行业概览与展望》称,2021年全球绿氨市场规模约为3600万美元,2030年预计将达到54.8亿美元,年均复合增长率高达74.8%。

文章来源: 中能科讯, 华福低碳研究, 能源圈

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