（一）合成氨产业现状
目前，合成氨的生产过程还未实现绿色。基于传统的合成工艺，全球每年合成氨产量为2×108 t左右，主要产自四个国家：中国、印度、俄罗斯和美国，并在全球范围内进行贸易。中国和印度虽然合成氨产量巨大，但也是氨的主要进口国，而俄罗斯则是主要的出口国，约70%合成氨（约1.7×108 t）用于出口（见图3）。
图3 合成氨产量及进出口详情
在我国，近些年受到化肥价格的支撑，合成氨需求整体呈现扩大态势（见图4）。截至2021年年底，中国合成氨产能约为6.488×107 t，占全球产能的三分之一左右，较2020年同比增长14.5%。
氨能的发展将带动合成氨上、中、下游产业链的快速发展。合成氨主要分为三大用途，分别是农业（尿素等肥料）、工业（化工原料、烟气脱硝）和储能（新型用途）。
图4 我国合成氨产量（2005—2020年）
与氢类似，根据原料中氢气的碳足迹，合成氨被分为灰氨、蓝氨和绿氨。灰氨中的氢气来源于天然气或者煤炭，由传统的Haber-Bosch高温催化工艺制备而成。蓝氨是将灰氨生产过程中的二氧化碳进行捕集。
绿氨是基于可再生能源提供能量来源的前提下，以水为原料提供绿氢，然后与氮气通过热催化或者电催化等新型低碳技术制备而成。绿氨是可再生能源消纳的重要方式，也是实现碳减排的重要途经。氨能作为氢能补充，绿氨合成将会成为氢能领域的重要应用之一，合成氨技术未来也势必会朝着低碳化合成技术发展。
绿氨合成技术包括温和条件下合成氨工艺和新型合成氨工艺。温和条件下合成氨工艺主要对氨合成催化剂进行革命性创新，通过开发高效的热催化剂，使其在较低温度下（≤300 ℃）具有高反应活性，能够在传统Haber-Bosch工艺过程中实现低温低压合成氨，降低过程反应能耗。短期来看，该方法更容易实现大规模绿氨生产。
新型合成氨工艺包括电催化合成氨、光催化合成氨、固氮酶合成氨、等离子体法合成氨等，其中电催化合成氨技术受到较大关注（见图5）。电催化合成氨技术是利用电解液中的水与空气中的氮气生成，其本质是利用电催化剂在施加电能条件下N≡N不断加氢和断键，形成氨分子，实现电能向化学能的转化，有效降低反应能垒。
图5 氨合成催化发展历程
（二）氨能产业发展趋势
在全球减碳大趋势下，氢能相关应用规模将不断扩大，氨的市场需求将进一步增长。
氨能产业对合成氨需求的增长不应危及化肥供应，更不会危及粮食生产。在此情形下，合成氨基础设施必须以10~15倍的速度扩大。合成氨工业属于能量密集型产业，约占全球2%的能源消耗。
另外，合成氨生产过程中每年约有3×108 t二氧化碳排放，约占全球碳排放总量的1%。通常每生产1 t氨，释放近2 t二氧化碳。合成氨行业的节能减排压力巨大，亟需进行绿色转型。
目前我国的国家政策鼓励绿色低碳技术生产合成氨，到2025年，合成氨行业能效产能比例将从2020年的7%提高到15%。未来随着行业技术的发展，我国合成氨将新增更多的绿色节能生产装置，行业产量也将不断增长。
在可再生资源最好的地区，绿氨的成本估计为689 美元/t，高于灰氨的价格（225 美元/t）。据预测，到2030年绿氨价格将降至464 美元/t，到2050年将降至295 美元/t（见图6）。当碳价格为127 美元/t左右时，绿氨就能与现有的化石合成氨生产相竞争。2030年后，绿氨预计将通过碳捕集实现与灰氨的合成成本持平，这也让用氨的下游化工企业更有动力使用绿氨代替灰氨作为原材料。
绿氨液化后的单位体积能量密度虽然不及传统的化石能源，但高于绿氢。尤为重要的是绿氨的液化和运输产生的成本远低于绿氢。从“制 ‒ 储 ‒ 输 ‒ 用”全生命周期成本来看，绿氨的成本低于绿氢。
由此可以预见，未来绿氨会在能源领域大量使用，而化工领域也会同时实现绿氨对传统合成氨工业的替代。目前全球多个大型绿氢绿氨项目正在推进，预测到2030年，全球宣布的绿氨项目年生产能力为1.5×107 t（54个项目，产能是当前氨市场的8%），我国绿氨规划并落地的年产能已超过1.56×106t。
图6 绿氨生产成本
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