文|光伏頭條
如果真要尋求一艘“諾亞方舟”去承載“零碳社會(huì)”的千年夢(mèng)想，神奇的“氨”就是這樣的一種奇妙物質(zhì)。氨是除氫以外最宜生產(chǎn)的可再生燃料，具有極其重要的戰(zhàn)略資源價(jià)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(nèi)燃機(jī)或氧化燃燒時(shí)還原為水和空氣。在目前普遍采用的工業(yè)化合成氨生產(chǎn)中，所需的氮可自空氣中直接獲得。而氫的來(lái)源則為天然氣、煤炭、石油、生物質(zhì)及水。隨著未來(lái)天然氣的供不應(yīng)求，氫的來(lái)源勢(shì)必漸以煤、生物質(zhì)和水為主，并最終依賴(lài)生物質(zhì)與水。制氨所需的能源也勢(shì)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(fēng)力、溫差、核變等）最終走向只依賴(lài)物理能（特別是自然能），必然走向風(fēng)光核分布式制氨的光輝道路。
當(dāng)前全球已跨入“氣體能源時(shí)代”，其“主動(dòng)脈”當(dāng)推“含碳的氫能源”——天然氣即甲烷(CH4)，而其“主靜脈”唯有“含氫無(wú)碳能源”——氨（NH3）可以勝任。2012年全球氨產(chǎn)能2.5億噸，可以預(yù)計(jì)的未來(lái)，全球社會(huì)正在醞釀一場(chǎng)規(guī)模宏大的“（10億噸—100億噸）氨能源工業(yè)與藍(lán)色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)化新風(fēng)暴”。
合成氨物質(zhì)在1774年就已被發(fā)現(xiàn)，其分子式1784年被正式確定下來(lái)，其后其分解實(shí)驗(yàn)不斷取得突破。而氨的分解與合成，起始于十九世紀(jì)中期?！笆臀C(jī)”、“能源危機(jī)”以及日益奪目的全球氣候變化與環(huán)境危機(jī)問(wèn)題，氨作為環(huán)境友好化學(xué)物質(zhì)，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(zhì)，特別是又能治理“灰霾大氣”、脫硫脫銷(xiāo)、汽車(chē)尾氣治理、燃料電池等戰(zhàn)略行業(yè)大顯身手，故又開(kāi)始被重新關(guān)注，逐漸成為全球能源工業(yè)的“新寵兒”。迄今為止，人類(lèi)對(duì)氨的認(rèn)識(shí)已有240年，跨越了四個(gè)世紀(jì)，合成氨產(chǎn)業(yè)化成功之果（1913年9月投產(chǎn)）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(wǎng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的獨(dú)特需求，全球社會(huì)正在醞釀一場(chǎng)規(guī)模宏大的“氨能源新風(fēng)暴”。
氨具備常用燃料所須的各大特點(diǎn)：廉價(jià)、易得、易揮發(fā)、便儲(chǔ)存，低污染，高燃燒值，高辛烷值，操作相對(duì)安全，可與一般材料兼容等。在作為燃料的普及應(yīng)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(fù)33攝氏度或常溫下9個(gè)大氣壓均可使氨液化而氫在負(fù)240攝氏度以上則無(wú)法液化）、易儲(chǔ)運(yùn)（普通液化氣鋼瓶即可儲(chǔ)氨而儲(chǔ)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(yuǎn)高于汽油，因而可大大增加內(nèi)燃機(jī)壓縮比以提高輸出功率。氨內(nèi)燃機(jī)的熱效率可達(dá)50％甚至近60％，是通常汽油內(nèi)燃機(jī)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(chē)輛可得到幾乎免費(fèi)的空調(diào)——液氨在氣化時(shí)能大量吸熱。從車(chē)船用優(yōu)質(zhì)燃料角度，每噸液氨的價(jià)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(wǎng)中，氨的再生與其高效內(nèi)燃機(jī)發(fā)電循環(huán)，與天然氣的多級(jí)熱電聯(lián)產(chǎn)，可以成為一個(gè)聯(lián)合體，實(shí)現(xiàn)60%到80%的發(fā)電效率與高達(dá)90%的熱效率，并可望實(shí)現(xiàn)COP高達(dá)5到10倍能效的建筑體新型供能方式。
發(fā)展氨經(jīng)濟(jì)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(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、供給等各方面都已成體系，因而具有推廣應(yīng)用的良好基礎(chǔ)。
合成氨產(chǎn)業(yè)化100年來(lái)，其技術(shù)創(chuàng)新的前進(jìn)步伐，一直是全球工業(yè)裝備技術(shù)水平的節(jié)能減排關(guān)鍵指針與風(fēng)向標(biāo)。最近幾年，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家相繼找到了一種廉價(jià)的合成氨技術(shù)，有望讓液氨進(jìn)入綠色新能源的大家庭?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，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(dú)顯。從肥料到炸藥（硝酸鈉），再到制冷劑以及劃時(shí)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(lái)，其“帥大姐”俊朗的面部輪廓也越來(lái)越清晰。在將來(lái)，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(xiàn)不少液氨燃料站。液氨不但將成為汽車(chē)和輪船的燃料，還可以成為航空航天的重要燃料。對(duì)航空航天領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，液氨的安全性將成為它被選作燃料的一個(gè)特別重要的因素。
目前，我國(guó)氨主要分農(nóng)業(yè)（尿素與碳銨75%，硝銨與氯化銨15%）、工業(yè)（10%）、儲(chǔ)能(新增用途）三大用途。據(jù)中國(guó)氮肥協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，到2012年底，我國(guó)合成氨產(chǎn)能為6730萬(wàn)噸（占全球產(chǎn)能的三分之一），產(chǎn)量將達(dá)到5750萬(wàn)噸。而2013年國(guó)內(nèi)還將有13個(gè)新建合成氨和尿素項(xiàng)目計(jì)劃投產(chǎn)，合計(jì)新增合成氨產(chǎn)能436萬(wàn)噸（氨產(chǎn)能7166萬(wàn)噸估計(jì)年消耗近億噸標(biāo)煤）、尿素產(chǎn)能686萬(wàn)噸。目前尿素產(chǎn)能過(guò)剩約1800萬(wàn)噸，合成氨行業(yè)節(jié)能減排的嚴(yán)峻形勢(shì)由此可見(jiàn)。目前，國(guó)內(nèi)合成氨行業(yè)的能耗構(gòu)成中，煤76%（無(wú)煙塊煤65%），天然氣22%（噸氨耗天然氣800標(biāo)方/37.7GJ/耗電50度），其他2%。
“氨經(jīng)濟(jì)”無(wú)碳清潔能源的提法，不僅切實(shí)可行，且對(duì)中國(guó)有著尤其重要的意義。到2012年底，氨（NH3），原名阿摩尼亞，是當(dāng)今世界上產(chǎn)量最大的單一化工產(chǎn)品（2.5億噸），已經(jīng)超過(guò)了硫酸產(chǎn)量（2億噸）。氨在工農(nóng)業(yè)界的用途廣泛，目前最大的用量在于農(nóng)肥，占八九成左右?；谶@一產(chǎn)品的極端重要，“氨經(jīng)濟(jì)”在世界上已經(jīng)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(chǎn)，以提高能源利用率和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。而其所需原料之易得，及其生產(chǎn)工藝和設(shè)備的相對(duì)簡(jiǎn)單，使之又適宜在交通運(yùn)輸不便的地區(qū)或情況下實(shí)現(xiàn)小型化、移動(dòng)化的生產(chǎn)。早在上世紀(jì)60年代，由美國(guó)軍方資助的一項(xiàng)研究即已證明：以小型核反應(yīng)堆為能源就地生產(chǎn)液氨，是解決野戰(zhàn)機(jī)動(dòng)部隊(duì)燃料問(wèn)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(gè)不容低估的優(yōu)越性：對(duì)自然、環(huán)境的保護(hù)。氨燃料的生產(chǎn)和利用，不僅可實(shí)現(xiàn)零污染，更無(wú)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(yīng)氣體”。這是可再生醇類(lèi)碳?xì)浠先剂纤k不到的。再者，氨在消除內(nèi)燃機(jī)氧化氮類(lèi)（NOx）“光霧氣體”的排放中所起的關(guān)鍵作用，也是難以替代的。在經(jīng)濟(jì)上，液氨的每單位能量?jī)r(jià)格，已在世界多數(shù)國(guó)家和地區(qū)低于或相當(dāng)于汽油。由于氨是一種便于以其他各類(lèi)能源（及空氣或水）來(lái)合成的燃料，在長(zhǎng)期走勢(shì)上，其價(jià)格將與各種現(xiàn)有能源的最低價(jià)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(jià)格沖擊，并在逐步走向依賴(lài)物理能的過(guò)程中始終保持其經(jīng)濟(jì)性。
從長(zhǎng)期、宏觀的角度看，發(fā)展氨經(jīng)濟(jì)、普及氨燃料，將使化工、機(jī)械、汽車(chē)、運(yùn)輸?shù)雀餍袠I(yè)都得到前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)；使農(nóng)業(yè)得益于合燃、肥、電、安“四位一體”帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和便利；使自然、環(huán)境得到保護(hù)和修復(fù)，以避免由自然環(huán)境的毀壞而可能引起的無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)損失甚至災(zāi)難。
以氨燃料更替石油類(lèi)燃料的過(guò)程，即使立刻以全力展開(kāi)，也必經(jīng)數(shù)十年或百余年方可能漸成規(guī)模。為適應(yīng)此轉(zhuǎn)變過(guò)程，在氨燃料供應(yīng)網(wǎng)點(diǎn)和充分發(fā)揮氨燃料優(yōu)點(diǎn)的氨燃料電池儲(chǔ)能電站、氨內(nèi)燃機(jī)車(chē)或氨燃料電池（車(chē)船）得到普及之前，氨、油氣（或其它碳?xì)漕?lèi)）雙燃料甚至多燃料機(jī)車(chē)以及氨電混動(dòng)汽車(chē)可能成為人們的選擇。來(lái)自美國(guó)密歇根大學(xué)機(jī)械系一個(gè)研究組的最新報(bào)告表明，現(xiàn)有的汽車(chē)可相當(dāng)簡(jiǎn)易地改裝為氨、汽油雙燃料車(chē)而無(wú)需更換現(xiàn)有的引擎。
雖然也有危險(xiǎn)總比汽油安全：誠(chéng)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(chǔ)運(yùn)、操作中惡性事故發(fā)生率的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，氨比汽油和液化天然氣都安全得多。人體自然產(chǎn)生并排泄氨，人類(lèi)生來(lái)就和氨朝夕相處。人的嗅覺(jué)對(duì)氨有極高的靈敏度，可檢測(cè)僅為危險(xiǎn)水平5％以下的濃度。更何況，新技術(shù)的研發(fā)和實(shí)施，必能使氨燃料的運(yùn)用更為安全可靠。因此，因氨有可能使人窒息而拒之不用，無(wú)異于因噎廢食。
抓住氨經(jīng)濟(jì)契機(jī)暢行可持續(xù)發(fā)展：人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展與可利用能源的獲取直接相關(guān)。尤其是進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代以來(lái)，任何一個(gè)世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的主導(dǎo)地位的確立，無(wú)不以新能源的開(kāi)發(fā)和利用為契機(jī)。以此觀之，氨燃料的采用和氨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是否能給正在向世界經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)地位邁進(jìn)的中國(guó)提供一個(gè)可貴的契機(jī)，實(shí)為值得深省的問(wèn)題。中國(guó)的可耕地相對(duì)稀少。這使在中國(guó)發(fā)展基于植物質(zhì)的醇類(lèi)等燃料終受局限。期待氫燃料所面臨的難題得以及時(shí)解決，將有難以預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)。因此，盡早地著力發(fā)展氨燃料，應(yīng)為中國(guó)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(tǒng)燃料勢(shì)在必行。但世界上的多數(shù)國(guó)家并無(wú)能力引領(lǐng)這一更替。在汽車(chē)已經(jīng)普及的國(guó)家，這一更替將是一個(gè)耗費(fèi)、困難甚至痛苦的過(guò)程。發(fā)達(dá)國(guó)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(cái)團(tuán)的瓜葛，無(wú)意亦無(wú)力主動(dòng)地引領(lǐng)這一長(zhǎng)期的歷史性的轉(zhuǎn)變。
中國(guó)對(duì)燃料與動(dòng)力的需求日增，對(duì)通信與IT的需求也與日俱增。中國(guó)信息與移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，加上7.5億互聯(lián)網(wǎng)個(gè)人用戶(hù)，年需求供電保障電量高達(dá)3000億度電（2012年），未來(lái)更將高達(dá)5000億度電。對(duì)于數(shù)據(jù)中心與3G/4G移動(dòng)基站的保障電源，氨燃料電池具有廣闊的市場(chǎng)需求，這一點(diǎn)完全類(lèi)似于“一戰(zhàn)期間”對(duì)軍用炸藥的迫切需求。中國(guó)的汽車(chē)市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展的初始階段，而其潛力之大、發(fā)展趨勢(shì)之猛，已舉足輕重于世界。2012年汽車(chē)產(chǎn)能高達(dá)2000萬(wàn)輛，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量超過(guò)2億輛，到2020年汽車(chē)保有量將超過(guò)3億輛，需要進(jìn)口6億噸原油。中國(guó)城市園林綠化方面的修剪與維護(hù)需要5000萬(wàn)噸汽油，基礎(chǔ)設(shè)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(wàn)噸柴油，相當(dāng)于每年又需要再增加進(jìn)口2億噸原油。
如果向美國(guó)體制學(xué)習(xí)，中國(guó)將實(shí)現(xiàn)汽車(chē)保有量10億輛，打七折也有7億輛，按照每車(chē)每年1.5噸汽油計(jì)，每年需要10億噸汽油?？紤]到10人口的城鎮(zhèn)化運(yùn)輸體系以及“世界工廠”的全球運(yùn)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(guó)現(xiàn)有世界上最具經(jīng)濟(jì)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(chǔ)能電站與車(chē)船市場(chǎng)，可謂“天時(shí)、地利、人和”三者兼?zhèn)?！中?guó)應(yīng)充分利用這一幾近完美的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)帶領(lǐng)全球新一代無(wú)碳能源燃料的啟用和推廣，以利國(guó)，利民，利天下。
中國(guó)的絕大多數(shù)人口仍在農(nóng)村，新農(nóng)村建設(shè)正“如火如荼”。農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)用汽車(chē)化正在興起之中，估計(jì)到2020年將增長(zhǎng)2倍，未來(lái)兩者需求還將持續(xù)增長(zhǎng)四五倍。2005年農(nóng)業(yè)機(jī)械總?cè)萘繛?億千瓦（其中柴油動(dòng)力為5.4億千瓦/全年消耗柴油3500萬(wàn)噸），其中拖拉機(jī)2億千瓦，收獲機(jī)械0.8億千瓦，排灌機(jī)械1.2億千瓦，運(yùn)輸機(jī)械1.6億千瓦。1.3億公頃土地，單位農(nóng)機(jī)每公頃只有3.37千瓦，年消耗柴油3500萬(wàn)噸。而類(lèi)似地形氣候國(guó)情的韓國(guó)與意大利則高達(dá)5到7千瓦。保守估計(jì)，全國(guó)農(nóng)機(jī)與農(nóng)汽行業(yè)2020年預(yù)計(jì)將消耗7000萬(wàn)噸柴油，消耗汽油5000萬(wàn)噸，相當(dāng)于每年需要再增加進(jìn)口2億噸原油。與此同時(shí)，絕大多數(shù)氨的用途及供給網(wǎng)絡(luò)目前也在農(nóng)村。農(nóng)民是對(duì)氨的使用最有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的群體。中國(guó)的涉農(nóng)企業(yè)又最具適應(yīng)和占領(lǐng)新市場(chǎng)的能力。氨燃料的推廣自中國(guó)農(nóng)村始，正可以星火燎原，從農(nóng)村發(fā)展到城市，最終普及整個(gè)氨藍(lán)色經(jīng)濟(jì)大市場(chǎng)，并由此帶動(dòng)一系列相關(guān)的新興產(chǎn)業(yè)從中國(guó)走向世界。
5億噸風(fēng)光核分布式制氨能源工業(yè)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，按照1:7的產(chǎn)業(yè)鏈，將推動(dòng)二三萬(wàn)億美元的綠色GDP的快速增長(zhǎng)。如其中50%用于氨燃料電池儲(chǔ)能電站，2.5億噸氨理論上可以發(fā)電9000億度電，實(shí)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(fēng)光互補(bǔ)微電網(wǎng)的補(bǔ)充能源而發(fā)揮作用，每年可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)1萬(wàn)億元的能源收益。2億噸氨動(dòng)力燃料作為農(nóng)機(jī)、農(nóng)用汽車(chē)的車(chē)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(chǔ)設(shè)施體系，主要是為了回收地球的自然能（如風(fēng)能），或者轉(zhuǎn)化地球上的物理能（如核能），或者高效回收利用人類(lèi)能源開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的富余資源（包括化石能源），以及為智能電網(wǎng)等智慧能源開(kāi)發(fā)方式提供戰(zhàn)略?xún)?chǔ)能手段與“移峰填谷”手段，等等，形成地球人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的“主靜脈”能源體系。氨能源，根據(jù)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(lán)能源”(ABLE)——無(wú)需制取氫源。
譬如說(shuō)，在中國(guó)大陸地區(qū)三五十億千瓦的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略格局中，天然氣將主要作為調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組的初級(jí)能源以“主動(dòng)脈”的面貌出現(xiàn)，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(wǎng)中的“窩電、棄風(fēng)、棄水、低谷電”等三五萬(wàn)億度電此類(lèi)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(guó)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(guó)防安全）而發(fā)揮獨(dú)特的作用，并在區(qū)域化的智能電網(wǎng)與智慧能源格局中發(fā)揮儲(chǔ)能電站與區(qū)域能源中心的核心作用。（六鑒化工）
來(lái)源：國(guó)際能源網(wǎng)/氫能匯