氢能被认为是最理想的清洁能源，但生产成本高、储运困难等问题限制了氢能的大规模能源应用。绿色氨作为氢的载体，越来越受到各国的关注。

质子膜氨燃料电池和碱性氨燃料电池 短期内无法满足氨燃料的大规模应用，但碱性电池和锂电池一样普遍应用于人们的日常生活中。你知道锂电池和碱性电池的区别吗？此外，固体氧化物燃料电池具有高燃料灵活性，是最有前途的氨燃料电池类型。  

绿色氨的来源

根据氨合成原料氢的来源，氨可分为棕氨、蓝氨和绿氨。棕氨是指通过甲烷重整（SMR）制氢、重油制氢、煤制氢等工艺获得原料氢而得到的氨。产品。

蓝氨是指副产氢、碳捕集SMR、电化SMR等得到的氨产品。绿氨是指电解制氢、碳捕生物质制氢等得到的氨产品。零碳氨。

 

绿色合成氨的应用前景与挑战

通过“绿色氨”路线制备氨，利用氨作为氢的载体，逐渐被许多国家所认可。西班牙于 2020 年 7 月宣布计划生产绿色氨，并在 2021 年初将天然气使用量减少 10% 以上。

苏格兰奥克尼群岛将建设一座氨工厂，每天生产 11 吨绿色氨，为该地区提供不依赖电网传输的可扩展可再生能源存储解决方案。此外，沙特阿拉伯宣布投资50亿美元建设一座4吉瓦的绿色氨工厂，该工厂将于2025年投入运营，旨在向全球供应绿色氨。

绿氨的大规模应用前景主要取决于绿氨的生产成本和应用技术的成熟度。氢气的生产是氨生产成本的主要组成部分，哈伯-博施工艺虽然耗能大，但净能耗低。

氨能应用路线

科学家研究了氨和柴油双燃料压燃式发动机的燃烧和排放特性，研究表明氨的整体转化率接近100%。结果表明，氢体积分数为 10% 的混合燃料在效率和功率方面表现最佳。

 

与汽油燃料相比，由于高压缩比，效率和动力性能得到提高。氨燃料具有替代汽油、柴油等化石燃料的潜力。氨燃料在燃气轮机、锅炉、燃料电池等方面的应用正成为国际上的研究热点。但国内对氨燃料的研究较少，少数科研单位将氨作为内燃机燃料进行特性研究。

氨燃料不仅可以满足船舶大功率运输需求，还具有零碳排放的特点。在船舶运输领域受到了极大的关注。行业龙头企业结成联盟，共同开展船用氨燃料和合成氨产业发展研究。

包括曼恩公司、上海船舶研究设计院、韩国造船海洋工程公司、大连造船工业股份有限公司等知名企业都在积极开展船用氨燃料的研究。船舶运输领域是氨燃料的重要应用领域之一。

由于氨的毒性和强烈的刺激性气味，加上现有的燃料加注系统已经非常成熟，很难大规模安装氨燃料加注系统，这大大增加了传统车辆对氨燃料的使用。应用。氨在船舶运输、电站锅炉、工业锅炉等领域具有良好的应用前景。但仍存在泄漏、毒性、腐蚀性、燃烧产生NOX、混合比低和燃烧系统改造升级等问题。

氨燃料电池的研究进展

氨燃料电池是氨能源的一项重要技术，可根据不同的标准进行分类。根据提供氨的方式不同，分为间接氨燃料电池（IAFC）和直接氨燃料电池（DAFC）。

间接氨燃料电池首先通过外部重整器将燃料在外部分解为氮气和氢气燃料。氢燃料电池是一种清洁、有前途的电池，有很多公司在这方面有丰富的经验。您可以阅读我们关于中国 10 大氢燃料电池公司的文章以获取更多知识。

直接氨燃料电池中的氨气直接进入燃料电池发电，无需外部改造。氨燃料电池按电解质可分为氧阴离子导电电解质固体氧化物燃料电池（SOFC-O）、质子导电电解质固体氧化物燃料电池（SOFC-H）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性膜燃料电池（AMFC）等。其中，SOFC具有高度的燃料灵活性，是目前研究最多的一类氨燃料电池。

 

氧离子导电电解质固体氧化物氨燃料电池

基于氧离子传导电解质的固体氧化物氨燃料电池的工作原理是基于电解质中氧阴离子的传输。氨在阳极经历两步反应。首先，它裂解产生氢气，然后通过与氧离子反应而被氧化。在阴极，氧气或空气被引入阴极室并在阴极-电解质界面还原为氧阴离子，氧阴离子通过电解质并在阳极与氢反应形成水。

氨燃料与氢燃料的对比研究有助于判断氨燃料替代氢燃料的可行性。经过研究发现，随着温度的升高，当反应温度高于600℃时，氨燃料和氢燃料SOFC-O的电性能逐渐相似。氨固体氧化物燃料电池面临的主要挑战是在较高工作压力下的耐久性。

质子传导电解质固体氧化物氨燃料电池

在基于质子传导电解质的固体氧化物氨燃料电池 (SOFC-H) 中，氨燃料被分解产生氮气和氢气。氢在催化剂存在下转化为H+，氢离子通过质子传导电解质转移到阴极固体电解质界面。

反应形成水蒸气。产生的水蒸气和未反应的氧气从燃料电池的阴极侧出口离开燃料电池。在燃料电池的阳极侧出口处，未反应的氨、氮和未反应的氢离开燃料电池。

质子膜氨燃料电池

质子交换膜燃料电池的性能和耐久性与燃料的质量有关，但杂质的沉积仍然会降低系统的寿命和功率输出。虽然使用氨燃料的质子膜燃料电池可以避免引入碳氧化物导致燃料电池中毒，但在氨存在的情况下，NH4+会占据电荷位点，从而降低整体质子电导率，进而导致电导率下降系统性能。长时间接触会导致严重且不可逆的中毒。

NH3在质子膜燃料电池中的应用避免了CO、CO2等含碳杂质的危害，但NH3污染也会对质子膜燃料电池的性能造成不可逆的损害。因此，在使用氨燃料时需要适当的分解和纯化技术，首先在裂解器中，然后在膜中纯化以产生 PEMFC 级氢气，以避免电池中毒和支持材料降解。

 

碱性氨燃料电池

与质子膜燃料电池相比，碱性燃料电池对氨气的耐受性更高，但电池寿命、功率密度和燃料消耗等方面仍有待进一步提升。目前，无论是市场上的商业产品，还是基础研究层面，碱性膜燃料电池都不是一个热门方向。因此，氨碱性膜燃料电池的发展速度也将受到限制，预计短期内无法实现大规模应用。

结论与展望

绿色氨作为储氢载体的应用有望为一系列依赖化石燃料的产品提供脱碳途径。绿氨的生产成本和能源应用技术的成熟度是制约绿氨大规模能源应用的关键因素。

现阶段，绿色氨生产的能耗和投资成本均高于传统的哈伯-博世氨生产工艺，其主要优势和意义在于零碳。因此，世界各国的减碳政策驱动是绿色合成氨发展的重要推动力。绿色合成氨工艺的技术突破将进一步推动绿色合成氨的能源化发展。

未来，将合成氨与太阳能、风能等间歇性可再生能源相结合，将成为绿色合成氨技术的重要研究方向。氨燃料电池是氨能源应用的重要手段，但由于技术特性的限制，质子膜氨燃料电池和碱性氨燃料电池短期内无法满足氨燃料的大规模应用。学期。

固体氧化物燃料电池是最有前途的氨燃料电池类型，因为它们具有高燃料灵活性。随着固体氧化物氢燃料电池的技术发展和市场规模效应的提升，将进一步推动固体氧化物氨燃料电池的技术进步和成本降低，有望实现氨的规模化能源应用。

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本文由韩国SEBANG蓄电池（大陆地区）营销中心于2023-03-21 21:51:03 整理发布。
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