竞逐绿色能源新“战场”，氨能源或将掀起新一代能源革命！
2020 年以来，全球各大主要经济主体及地区，以逐渐形成“ 绿色发展”为核心的发展理念，碳中和计划成为全球热词，以光伏、风力、氢能等为代表的清洁能源发展开始加速，一场新的能源革命正在徐徐拉开大幕。
一直以来，化石燃料燃烧所产生的二氧化碳所占比重最大，是最主要的人为温室气体，如不尽快采取实质行动，大气中二氧化碳浓度将会超过450ppm的警戒值，到21世纪末全球温升将超过4摄氏度，对人类生存将构成重大威胁。同时随着人口增长和城镇化、工业化的快速发展，全球化石能源资源有限，开发成本不断增大，保障全球能源供应面临巨大压力。而我国国情多煤少油，煤炭发电占比居高不下，石油依存度不断上升，加快发展清洁能源成必然趋势。
高碳排的化石能源占比居高不下，清洁能源亟需加快发展
资料来源：银河证券
目前我国风能、太阳能、水能发电数量位居全球第一，其中风能、太阳能相关技术遥遥领先，近年来相关投资增速不断加快。但这些新能源都有一个特点，就是供给波动较高，发电量容易受到天气环境的影响，需要配套相应的储能设备，费用高昂。那有没有一种清洁能源，它既具备资源丰富又具备供给稳定的特性？如果真要寻求一艘“诺亚方舟”去承载这个梦想，神奇的“氨”就是这样的一种奇妙物质。氨燃料是上天对中国的厚待，中国氨产量占据全球的半壁江山，合成氨厂遍布全国，拥有得天独厚的发展环境！
什么是氨能源
顾名思义，氨能源是一种以氨为基础的新能源，旨在用无碳化合物代替化石燃料来减少排放，是一种清洁能源。美国、加拿大、荷兰、日本等国家的学者均在积极探索氨能的发展潜力。
氨的特点在于其可完全由可再生能源（如水、电、空气）生产，这与碳基原料不同。在内燃机燃烧的氨，没有硫氧化物、二氧化碳、颗粒物的排放，氮氧化物也能通过广泛应用于柴油发动机尾气处理的SCR系统减排或移除。我们完全可以说氨是一种低碳、无污染、环境友好型能源。不仅如此，价格相对低廉，低空燃比，安全性高也是氨的特点。
氨能源的优势
存储与燃料成本低。氨气只需要10 bar压力加上-10摄氏度即可液化，非常便于储存和运输，油轮和油罐车都可以安全输送。而且据相关报告指出，氨储存后的可利用率高达99%，储存损耗极低。另外，从下图可以看到未来的氨气燃料成本是很低的。而且随着电解技术的提高，预期电解氨的成本也会大幅下降。
总燃料成本预期
数据来源：英国南安普顿大学
供给充足。氨能源的制备原料不受限制。由于氨可以通过正负极翻转方式，利用水和氮气制备氨，或者使用可再生能源由来的二氧化碳氢加钌元素催化合成氨，所以氨的原料理论上不受限制的且可以绿色的。此外，使用世界化肥产业已有140年历史，供应链日臻成熟，大规模合成氨的理论成本具备吸引力。
工业制氨流程
数据来源：Science
氨能源利用效率较高。以相同运力需求的船舶为例，在与众多能源的比较中。氨能源价格排倒数第四低，在重量与体积的比较下，重量低、体积小、密度大，在排名中处于较好的上游排名。而在环境清洁方面氨是仅次于氢的。
相同船舶运力下不同能源横向对比
数据来源：英国南安普顿大学
氨能源的应用与前景
首先，船舶是率先使用氨能源的运输工具。国际能源机构认为，预计到 2060 年将有 60% 以上的新船使用氨或氢作为燃料。据著名清洁能源公司Haldor Topsoe 的预测，300GW风电装置就能满足船舶能源消耗的30%。
其次是电力。日本政府已经计划将氨发电作为主力发电能源。日本IHI公司在2020年12月已经成功开发在天然气中混合60%氨燃料，与纯天然气燃烧相比，减少60%二氧化碳排放，NOX氮氧化物排放也符合环境标准。从日本政府的氨燃料消费计划表中可以看出，日本为了减少风力发电与太阳能发电的天气限制，完成提到过的2050年之前温室气体0排放的目标，采用了环境友好的氨能源。日本政府预计氨消费量在2050年将达到3000万吨，市场规模有1万7000亿円（约合人民币994亿人民币）
日本政府氨燃料预期消费量
数据来源：日本政府公告
而早在2017年澳大利亚可再生能源事务处已经开始可再生能源出口经济工作，在2018年提供经费2000万澳元用于包含氨在内的可再生能源研究。
最后，液氨是富氢物质，是氢能的理想载体。美国西北大学研究人员Sossina M. Haile表示，氢燃料电池的弊端一直是缺乏用于输送的基础设施，且运输氢既困难又昂贵，但一个广泛的氨水运送系统已存在，能帮助氢能源的储运。
氨能源是富氢载体，能帮助氢能利用
数据来源：知乎
氨能源产业链分析
氨能源的产业链主要分为氨气的制备、运输保存、应用三个方面。
氨能源产业链
资料来源：知乎
在上游氨气制取方面，目前行业内较为常见的制氨法大致有三种，分别是天然气制氨（程序复杂，效率较低）、重质油制氨（粉尘多、噪音大、碱液污染）以及煤炭制氨（污染气体排放大），而在我国的氨气制造方式是煤（焦炭）制氨，在制造过程中会有大量的污染气体排放（二氧化硫、一氧化氮等），且烧煤维持制取过程中会产生粉尘、二氧化碳等，对于环境破坏加大，制备效率较低，使得氨气作为工业气体或燃料的性价比较低。
近期，以电炉代替传统煤炉的分解炉取得技术突破，在风电、光伏等新发电方式下，电产能上升，国内光伏发电产能过剩的大环境下，合理运用电能制氨将会是电转化为其他燃料的大趋势，新方法在制氨过程中效率大大提升，气体粉尘污染降低，作为一种一种价值高、风险低的燃料，后续需求将会上升。
制氨电炉设备
数据来源：公开资料
中游储运方面，相较于氢气保存运输成本较高来说，低密度气体运输所需压力大，对于压强稳定性要求极高，极易在移动运输中发生爆炸风险，而液氨的移动运输保存安全系数较高，20℃、891kPa下即可液化，对于压强的敏感度低于氢气，只需罐体做好无氧封箱措施，人员注意合规安全运输即可。目前，移动运输液氨工艺十分成熟，全球已有120多个港口可以处理氨气产品的进出口，此外还有大量氨气存储设施。这些基础设施为船用氨气燃料的供应打下了良好基础。
最后，在下游的应用方面，氨气的主要应用场景大致分为三类。首先，是以燃料形式作为能源供给（船舶燃料），目前重燃油的使用在船舶运输最为普遍，航运业若想实现气候目标，就必须逐步淘汰重燃油，日本近期规划到2025年，日本船舶将有超三分之一将会以氨作为燃料。
成本价格对比
数据来源：能源发展规划
其次，是作为新能源车电池替代相关的氨基电池领域，目前新能源汽车以三元锂电池为主，在后期的电池污染回收将是未来所需要面临的大问题，使用绿色气体燃料电池作为替代能源已在行业取得一定共识，因此推广应用替代燃料非常有必要。
最后氨作为制氢的手段之一，在制备过程中，对比传统电解水制氢而言，所需要的能耗低，成本优势明显，且制成氢的纯度优势巨大，且较容易储存。未来可以作为制氢的主要原材料。
氨气制取氢气
数据来源：公开资料
结论
综上所述，氨作为一种新型可持续能源，其空燃比低，燃烧损失小，制备成本低，未来发展潜力巨大。伴随着经济不断发展，交通压力增大，环境污染严重，中国今后的发展，包括在当今世界形势之下，如何去解决能源依存度的问题，时时刻刻考验着每一位能源领域的参与者。而中国的氨产量占据全球的半壁江山，同时氨的运输体系和分布网络在世界上可以说是最完善的，因此，氨在解决国内能源依存问题、降低碳排放等诉求上将发挥越来越重要作用。我们预计，后续相关部门也有望出台相关政策，大力支持氨能源产业发展，届时，氨能源相关产业链将迎来投资良机！
本文为越声理财投研部针对新能源领域研究的系列文章之一。随着我们研究的深入，后续将就这个系列推出更多研究性文章，提示更多具备深度价值的产业链投资机会。希望各位读者保持关注。
越声理财投研部
2021.06.23
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