文|光伏頭條
如果真要尋求一艘“諾亞方舟”去承載“零碳社會”的千年夢想，神奇的“氨”就是這樣的一種奇妙物質。氨是除氫以外最宜生產的可再生燃料，具有極其重要的戰(zhàn)略資源價值。氨可由水中的氫和空氣中的氮合成，并在氨燃料電池或氨內燃機或氧化燃燒時還原為水和空氣。在目前普遍采用的工業(yè)化合成氨生產中，所需的氮可自空氣中直接獲得。而氫的來源則為天然氣、煤炭、石油、生物質及水。隨著未來天然氣的供不應求，氫的來源勢必漸以煤、生物質和水為主，并最終依賴生物質與水。制氨所需的能源也勢必從目前的化石能源（包括石油、天然氣、煤炭等）及物理能（包括光、水力、風力、溫差、核變等）最終走向只依賴物理能（特別是自然能），必然走向風光核分布式制氨的光輝道路。
當前全球已跨入“氣體能源時代”，其“主動脈”當推“含碳的氫能源”——天然氣即甲烷(CH4)，而其“主靜脈”唯有“含氫無碳能源”——氨（NH3）可以勝任。2012年全球氨產能2.5億噸，可以預計的未來，全球社會正在醞釀一場規(guī)模宏大的“（10億噸—100億噸）氨能源工業(yè)與藍色經濟產業(yè)化新風暴”。
合成氨物質在1774年就已被發(fā)現，其分子式1784年被正式確定下來，其后其分解實驗不斷取得突破。而氨的分解與合成，起始于十九世紀中期?！笆臀C”、“能源危機”以及日益奪目的全球氣候變化與環(huán)境危機問題，氨作為環(huán)境友好化學物質，不但能做為卓越的天然制冷劑與中低溫余熱回收發(fā)電工質，特別是又能治理“灰霾大氣”、脫硫脫銷、汽車尾氣治理、燃料電池等戰(zhàn)略行業(yè)大顯身手，故又開始被重新關注，逐漸成為全球能源工業(yè)的“新寵兒”。迄今為止，人類對氨的認識已有240年，跨越了四個世紀，合成氨產業(yè)化成功之果（1913年9月投產）距今剛好整整100年。由于全球能源新政，特別是核能、可再生能源與智能電網循環(huán)經濟的獨特需求，全球社會正在醞釀一場規(guī)模宏大的“氨能源新風暴”。
氨具備常用燃料所須的各大特點：廉價、易得、易揮發(fā)、便儲存，低污染，高燃燒值，高辛烷值，操作相對安全，可與一般材料兼容等。在作為燃料的普及應用上，氨較氫的最大優(yōu)越性在于其能量密度大（同體積含能量液氨是液氫的1．5倍以上）、易液化（常壓下負33攝氏度或常溫下9個大氣壓均可使氨液化而氫在負240攝氏度以上則無法液化）、易儲運（普通液化氣鋼瓶即可儲氨而儲氫則需特殊材料）。
液氨的比重與汽油相近。氨每千克5090大卡，汽油每千克10296大卡，雖其燃燒值僅約為汽油的一半，然而氨的辛烷值卻遠高于汽油，因而可大大增加內燃機壓縮比以提高輸出功率。氨內燃機的熱效率可達50％甚至近60％，是通常汽油內燃機的兩倍以上，因此也就足以在多種用途中成為可取代汽油的燃料。不僅如此，以液氨為燃料的車輛可得到幾乎免費的空調——液氨在氣化時能大量吸熱。從車船用優(yōu)質燃料角度，每噸液氨的價格只有2500元，但卻能完全足以替代每噸10000元的成品汽油。在智能電網中，氨的再生與其高效內燃機發(fā)電循環(huán)，與天然氣的多級熱電聯產，可以成為一個聯合體，實現60%到80%的發(fā)電效率與高達90%的熱效率，并可望實現COP高達5到10倍能效的建筑體新型供能方式。
發(fā)展氨經濟的合理性，可從多方面考證。最為突出的是：氨因其用量大及用途廣，在生產、儲運、供給等各方面都已成體系，因而具有推廣應用的良好基礎。
合成氨產業(yè)化100年來，其技術創(chuàng)新的前進步伐，一直是全球工業(yè)裝備技術水平的節(jié)能減排關鍵指針與風向標。最近幾年，國內外科學家相繼找到了一種廉價的合成氨技術，有望讓液氨進入綠色新能源的大家庭?？茖W家預測，氨能甚至有望取代氫能與天然氣，成為重要的新一代綠色新能源。相比較于天然氣，氨作為“零碳能源”的角色獨顯。從肥料到炸藥（硝酸鈉），再到制冷劑以及劃時代的氨燃料電池“高效分布式新型電氣化清潔能源”，能源“氨”正以新的面貌從“城市灰霾大氣”中一路走來，其“帥大姐”俊朗的面部輪廓也越來越清晰。在將來，液氨可能作為一種交通工具的燃料而被廣泛使用。各地可能出現不少液氨燃料站。液氨不但將成為汽車和輪船的燃料，還可以成為航空航天的重要燃料。對航空航天領域來說，液氨的安全性將成為它被選作燃料的一個特別重要的因素。
目前，我國氨主要分農業(yè)（尿素與碳銨75%，硝銨與氯化銨15%）、工業(yè)（10%）、儲能(新增用途）三大用途。據中國氮肥協會統計，到2012年底，我國合成氨產能為6730萬噸（占全球產能的三分之一），產量將達到5750萬噸。而2013年國內還將有13個新建合成氨和尿素項目計劃投產，合計新增合成氨產能436萬噸（氨產能7166萬噸估計年消耗近億噸標煤）、尿素產能686萬噸。目前尿素產能過剩約1800萬噸，合成氨行業(yè)節(jié)能減排的嚴峻形勢由此可見。目前，國內合成氨行業(yè)的能耗構成中，煤76%（無煙塊煤65%），天然氣22%（噸氨耗天然氣800標方/37.7GJ/耗電50度），其他2%。
“氨經濟”無碳清潔能源的提法，不僅切實可行，且對中國有著尤其重要的意義。到2012年底，氨（NH3），原名阿摩尼亞，是當今世界上產量最大的單一化工產品（2.5億噸），已經超過了硫酸產量（2億噸）。氨在工農業(yè)界的用途廣泛，目前最大的用量在于農肥，占八九成左右?；谶@一產品的極端重要，“氨經濟”在世界上已經存在了100年。
氨的用量之大及輸送之便，使之能適合在能源易得的地區(qū)大規(guī)模生產，以提高能源利用率和產業(yè)經濟效益。而其所需原料之易得，及其生產工藝和設備的相對簡單，使之又適宜在交通運輸不便的地區(qū)或情況下實現小型化、移動化的生產。早在上世紀60年代，由美國軍方資助的一項研究即已證明：以小型核反應堆為能源就地生產液氨，是解決野戰(zhàn)機動部隊燃料問題的最有效的方法。
普及氨燃料的合理性，又在于它的另一個不容低估的優(yōu)越性：對自然、環(huán)境的保護。氨燃料的生產和利用，不僅可實現零污染，更無需占用耕地或減少永久性植被，且能幫助減少大氣中已存在的“溫室效應氣體”。這是可再生醇類碳氫化合燃料所辦不到的。再者，氨在消除內燃機氧化氮類（NOx）“光霧氣體”的排放中所起的關鍵作用，也是難以替代的。在經濟上，液氨的每單位能量價格，已在世界多數國家和地區(qū)低于或相當于汽油。由于氨是一種便于以其他各類能源（及空氣或水）來合成的燃料，在長期走勢上，其價格將與各種現有能源的最低價格大致吻合。因此，使用氨燃料可避免由某一特定能源的供求失衡而引起的價格沖擊，并在逐步走向依賴物理能的過程中始終保持其經濟性。
從長期、宏觀的角度看，發(fā)展氨經濟、普及氨燃料，將使化工、機械、汽車、運輸等各行業(yè)都得到前所未有的發(fā)展機會；使農業(yè)得益于合燃、肥、電、安“四位一體”帶來的經濟和便利；使自然、環(huán)境得到保護和修復，以避免由自然環(huán)境的毀壞而可能引起的無法估量的經濟損失甚至災難。
以氨燃料更替石油類燃料的過程，即使立刻以全力展開，也必經數十年或百余年方可能漸成規(guī)模。為適應此轉變過程，在氨燃料供應網點和充分發(fā)揮氨燃料優(yōu)點的氨燃料電池儲能電站、氨內燃機車或氨燃料電池（車船）得到普及之前，氨、油氣（或其它碳氫類）雙燃料甚至多燃料機車以及氨電混動汽車可能成為人們的選擇。來自美國密歇根大學機械系一個研究組的最新報告表明，現有的汽車可相當簡易地改裝為氨、汽油雙燃料車而無需更換現有的引擎。
雖然也有危險總比汽油安全：誠然，氨在特定條件下（如在密閉空間中大量釋放）可造成危及生命的事故。但儲運、操作中惡性事故發(fā)生率的統計數字表明，氨比汽油和液化天然氣都安全得多。人體自然產生并排泄氨，人類生來就和氨朝夕相處。人的嗅覺對氨有極高的靈敏度，可檢測僅為危險水平5％以下的濃度。更何況，新技術的研發(fā)和實施，必能使氨燃料的運用更為安全可靠。因此，因氨有可能使人窒息而拒之不用，無異于因噎廢食。
抓住氨經濟契機暢行可持續(xù)發(fā)展：人類社會的發(fā)展與可利用能源的獲取直接相關。尤其是進入工業(yè)化時代以來，任何一個世界經濟大國的主導地位的確立，無不以新能源的開發(fā)和利用為契機。以此觀之，氨燃料的采用和氨經濟的發(fā)展，是否能給正在向世界經濟主導地位邁進的中國提供一個可貴的契機，實為值得深省的問題。中國的可耕地相對稀少。這使在中國發(fā)展基于植物質的醇類等燃料終受局限。期待氫燃料所面臨的難題得以及時解決，將有難以預料的風險。因此，盡早地著力發(fā)展氨燃料，應為中國發(fā)展可再生燃料的首選。
以新一代可再生、環(huán)境友好的氨燃料，取代傳統燃料勢在必行。但世界上的多數國家并無能力引領這一更替。在汽車已經普及的國家，這一更替將是一個耗費、困難甚至痛苦的過程。發(fā)達國家的政府多因其任期短所造成的急功近利的特性及其與石油等既得利益財團的瓜葛，無意亦無力主動地引領這一長期的歷史性的轉變。
中國對燃料與動力的需求日增，對通信與IT的需求也與日俱增。中國信息與移動通信產業(yè)迅猛發(fā)展，加上7.5億互聯網個人用戶，年需求供電保障電量高達3000億度電（2012年），未來更將高達5000億度電。對于數據中心與3G/4G移動基站的保障電源，氨燃料電池具有廣闊的市場需求，這一點完全類似于“一戰(zhàn)期間”對軍用炸藥的迫切需求。中國的汽車市場和產業(yè)尚處于發(fā)展的初始階段，而其潛力之大、發(fā)展趨勢之猛，已舉足輕重于世界。2012年汽車產能高達2000萬輛，機動車保有量超過2億輛，到2020年汽車保有量將超過3億輛，需要進口6億噸原油。中國城市園林綠化方面的修剪與維護需要5000萬噸汽油，基礎設施與建筑業(yè)工地以及各地“拉閘限電”催生柴油發(fā)電每年需求7000萬噸柴油，相當于每年又需要再增加進口2億噸原油。
如果向美國體制學習，中國將實現汽車保有量10億輛，打七折也有7億輛，按照每車每年1.5噸汽油計，每年需要10億噸汽油。考慮到10人口的城鎮(zhèn)化運輸體系以及“世界工廠”的全球運輸，還需要10億噸柴油。全世界都不可能再額外提供如此之多的石油資源。10億噸氨，至少可以替代15億噸汽油。中國現有世界上最具經濟活力的體制、最有利的發(fā)展氨燃料的條件及最大的、崛起中的氨燃料電池儲能電站與車船市場，可謂“天時、地利、人和”三者兼?zhèn)?！中國應充分利用這一幾近完美的優(yōu)勢，及時帶領全球新一代無碳能源燃料的啟用和推廣，以利國，利民，利天下。
中國的絕大多數人口仍在農村，新農村建設正“如火如荼”。農業(yè)機械化、農用汽車化正在興起之中，估計到2020年將增長2倍，未來兩者需求還將持續(xù)增長四五倍。2005年農業(yè)機械總容量為7億千瓦（其中柴油動力為5.4億千瓦/全年消耗柴油3500萬噸），其中拖拉機2億千瓦，收獲機械0.8億千瓦，排灌機械1.2億千瓦，運輸機械1.6億千瓦。1.3億公頃土地，單位農機每公頃只有3.37千瓦，年消耗柴油3500萬噸。而類似地形氣候國情的韓國與意大利則高達5到7千瓦。保守估計，全國農機與農汽行業(yè)2020年預計將消耗7000萬噸柴油，消耗汽油5000萬噸，相當于每年需要再增加進口2億噸原油。與此同時，絕大多數氨的用途及供給網絡目前也在農村。農民是對氨的使用最有實際經驗的群體。中國的涉農企業(yè)又最具適應和占領新市場的能力。氨燃料的推廣自中國農村始，正可以星火燎原，從農村發(fā)展到城市，最終普及整個氨藍色經濟大市場，并由此帶動一系列相關的新興產業(yè)從中國走向世界。
5億噸風光核分布式制氨能源工業(yè)藍色經濟循環(huán)產業(yè)鏈，按照1:7的產業(yè)鏈，將推動二三萬億美元的綠色GDP的快速增長。如其中50%用于氨燃料電池儲能電站，2.5億噸氨理論上可以發(fā)電9000億度電，實際上可以發(fā)電6000億度，作為各地通信行業(yè)與IT行業(yè)其風光互補微電網的補充能源而發(fā)揮作用，每年可以實現超過1萬億元的能源收益。2億噸氨動力燃料作為農機、農用汽車的車用燃料，可以替代2億噸柴油或者3億噸汽油。
氨能源與其基礎設施體系，主要是為了回收地球的自然能（如風能），或者轉化地球上的物理能（如核能），或者高效回收利用人類能源開發(fā)網絡中的富余資源（包括化石能源），以及為智能電網等智慧能源開發(fā)方式提供戰(zhàn)略儲能手段與“移峰填谷”手段，等等，形成地球人類經濟活動的“主靜脈”能源體系。氨能源，根據氨的氫源或棕或綠的制取能耗高低，以及是否需要制氫，可分為“氨棕能源”（ABRE)——采用煤、天然氣或重油制取氫、“氨綠能源”(AGRE)——采用電力制取氫、以及“氨藍能源”(ABLE)——無需制取氫源。
譬如說，在中國大陸地區(qū)三五十億千瓦的“堅強智能電網”戰(zhàn)略格局中，天然氣將主要作為調峰調頻機組的初級能源以“主動脈”的面貌出現，而能源“氨”將作為第三次、第四次能源得以存在，將回收利用智能電網中的“窩電、棄風、棄水、低谷電”等三五萬億度電此類多余電能資源（占全年發(fā)電總量的三分之一到五分之二不等），作為國家安全戰(zhàn)略資源（糧食安全、食品安全、大氣安全、氣候安全、環(huán)境安全、油氣保障與能源安全、電力安全、通信電力安全與信息安全、核安全、國防安全）而發(fā)揮獨特的作用，并在區(qū)域化的智能電網與智慧能源格局中發(fā)揮儲能電站與區(qū)域能源中心的核心作用。（六鑒化工）
來源：國際能源網/氫能匯