推进绿色氨经济：迈向中国化工行业的脱碳

RMI是一个成立于1982年的独立非营利组织，通过市场驱动的解决方案来转型全球能源系统，以符合1.5°C的未来，并为所有人确保一个清洁、繁荣、零碳的未来。我们在世界上最关键的地理区域开展工作，并与企业、政策制定者、社区和非政府组织合作，以确定和扩大能够至少在2030年前将气候污染减少50%的能源系统干预措施。RMI在科罗拉多州的巴斯托和博尔德、纽约市、加利福尼亚州的奥克兰、华盛顿特区、尼日利亚的阿布贾以及中华人民共和国的北京设有办公室。 中国石油化工行业协会氢能委员会（以下简称“CPCIF.HEC”）成立于2021年。该委员会旨在广泛联系国内外整个氢能产业的相关企业，倡导行业自律，推动行业技术创新和转型升级，为相关主管部门制定产业政策提供支持和建议，促进组织协调，为产业开发提供相关服务，并推动石化与氢能行业的高质量发展。 作者和致谢 作者 魏山 孙永亮 毛莉 李晓莉 朱逸晨 嘉 丁丽 舒意 王沛山 学宇君 李浩然 李瑞雅，sli@rmi.org联系 版权与引用 RMI, CPCIF.HEC,推动绿色液氨经济学：迈向中国化学工业的碳减排, 2025,https://rmi.org/insight/advancing-green-ammonia-economics-towards-decarbonization-of-chinas-chemicals-industry/ RMI重视合作，并旨在通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许感兴趣的相关方通过Creative Commons CC BY-SA 4.0许可引用、分享和引用我们的工作。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ 所有使用的图片均来自iStock.com，除非另有注明。 致谢 作者们衷心感谢RMI的郭硕、郝艺涵、李俊、刘琪玉、刘雨静和王哲对这份报告的宝贵意见。 作者们谨向以下专家表达诚挚的感谢，感谢他们的见解和评论： 本报告内容不代表上述专家和机构的观点。权威·李，华东工程科学技术有限公司；石明·刘，国家石油和化学工业规划院；建英·苏，中国氮肥工业协会 目录表 引言..................................................................................... 5 1.1 政策与进展............................................................................................................71.2 传统生产流程与碳排放.....................................................111.3 向绿色氨生产迈进.................................................................................12 2.1 在理想条件下的生产成本..............................................................................152.2 稳定生产对成本的影响.................................................................................162.3 利用过剩电力对成本的影响....................................................................18 提升多个用例：推动成本降低和弥补差距......第20页 3.1 情景1：农业用氨...........................................................................203.2 情景2：作为海事燃料的氨..............................................................................263.3 情景3：混合氨用于发电..........................................................283.4 绿色氨在多种应用场景中的展望................................................................30 4. 全球实践及其影响.......................................................... 34 4.1 Yara — 资助、认证和价值链合作的联合努力.........................................34 4.2 Talus — 一种分布式开发模式...................................................................................354.3 NEOM—大规模生产........................................................................................36 5. 建议.......................................................................39 脚注. ........................................................................................41 引言 氨（NH3）是一种重要的基础化学品，在农业领域有广泛的应用。 行业和其他领域。目前，氨主要在农业领域使用。全球超过70%的氨用于生产氮肥以确保粮食供应。同时，作为新兴能源，氨在支持航运和电力行业碳减排方面也具有巨大潜力。 目前，氨的生产依赖于传统的路径，这些路径使用煤和天然气作为原料，显示出高碳强度和高能源消耗。氨的生产占全球最终能源消耗的大约2%，以及全球碳排放的1.3%。1煤炭和天然气分别占全球氨生产原材料的19%和78%。在中国，煤炭是氨生产的主要原料，超过75%的氨生产基于煤炭。因此，单位产品能耗的碳排放量高于全球平均水平。基于煤炭的氨的碳强度约为4.4-4.8吨二氧化碳（t CO）/吨氨（t NH），是天然气基氨的两倍多。23 从绝对值来看，中国是全球最大的氨生产和消费国。2022年，中国生产了约5321万吨氨。2占世界总量的30%。2020年，氨产业产生了2.19亿吨的二氧化碳直接排放。3这代表大约2.2%2 中国总碳排放量近五分之一以及化工行业近五分之一碳排放量的产生地，使其成为化工行业中的最大排放者。同时，氨是许多化学产品的基本原料。通过减少氨生产过程中的碳排放，可以显著降低化学产品的总碳足迹，推动行业的低碳转型和可持续发展。因此，氨产业的低碳转型不仅对于中国化工行业的绿色发展至关重要，而且对于全球化工行业的低碳转型也具有关键意义。 在生产过程中，通过切换到清洁低碳的原料和燃料，可以将超过85%的碳排放量降低。作为通过可再生能源电解水产生的替代原料和燃料的绿色氢气，在大幅减少碳排放方面发挥着重要作用。因此，利用绿色氢气和从空气中分离出的氮气合成的绿色氨越来越受到关注，并预计将成为未来重要的清洁原料和能源来源，为多个行业的碳减排提供解决方案。目前，中国正在积极推进氨产业的低碳转型。氨工业节能降碳改造升级实施方案，工业领域碳达峰行动计划,4并且，国家发展和改革委员会（NDRC）、工业和信息化部（MIIT）、生态环境部（MEE）以及其他部门发布的若干其他政策，为氨工业在2025年前后的碳排放设定了具体目标。同时，风力、太阳能光伏（PV）等可再生能源的发展也为中国绿色氨的增长提供了技术基础和资源。在国家第十四个五年计划（2021–2025）中，国家强调了建立可持续化学工业的目标，鼓励氨工业逐步转向低碳生产路线，包括绿色氢。 在全球范围内，许多国家和地区的绿色氨应用也在以不同的方式加速。例如，沙特阿拉伯正在建设一个大型绿色氨项目，该项目综合了超过40吉瓦（GW）的风力和太阳能光伏发电，为绿色氨生产提供清洁且具有成本竞争力的电力。该项目的计划年绿色氨生产能力为120万吨。日本计划通过政府拨款、税收减免和对基础设施的投资，加强绿色氨作为燃料的利用支持，以促进电力、航运、化学生产等行业的脱碳。欧盟发布的《非生物燃料》（RFNBO）法案进一步明确了绿色氢和由绿色氢衍生燃料在附加性、及时性和地域相关性方面的要求，为绿色产品的货币化和价值验证提供了关键参考。实践表明，为了大规模推广绿色氨，应满足多个条件，包括可再生能源电力的稳定性、成本效益、政策激励以及市场规则的支持，这些都为绿色氨的发展提供了重要参考。 由中国政策和市场驱动，中国正在迅速推进绿色氨项目，宣布计划建设的绿色氨总产能将超过1300万吨。虽然这意味着中国的绿色氨产业正在快速发展，但在技术和成本方面仍然面临挑战。在技术上，绿色氨生产的核心是可再生能源电力的利用，这需要通过工艺优化和支持将波动断续的电力供应调整为持续的稳定电力供应用于工业生产。需要开发一种新的合成氨工艺，为可再生能源提供更友好和适应性更强的工作条件，而将绿色电力转化成绿色氢、最终转化为绿色氨的过程也应进一步演化和完善。在成本方面，绿色氨在现有农业情景以及航运和发电等新兴情景中的应用，与传统方法相比面临着成本过高的困境。因此，对于绿色氨早期应用的选项和途径，有必要基于不同情境评估技术迭代、政策支持、市场工具和需求侧驱动因素等多因素的最佳协同效应。 从中国绿氨的现状和潜力出发，本报告探讨了在可再生能源制氢和氨合成工艺迭代下的相关生产技术、关键问题和未来趋势。它还提供了在不同情景下绿氨生产的成本效益分析，讨论了影响经济性的因素，并预测了未来经济性变化。基于这些因素，报告总结了绿氨应用场景（如农业、航运和发电）的潜在市场及推广前景，并探讨了实现绿氨成本均等化的条件和可能解决方案。在讨论可能解决方案时，政策、下游溢价和碳市场等市场机制的可能贡献被突出强调。此外，通过比较和分析全球规模的典型绿氨项目，本报告为中国绿氨的进一步规模化提供参考。进一步地，它从政策、产业和企业角度提出加快中国绿氨产业发展、助力化学工业实现绿色低碳转型的行动建议。 1. 概述：从现在到未来 1.1 政策与进展 中国是全球最大的氨生产国和消费国。2022年，其氨产量约为5321万吨。5代表着全球总量的30%。由于中国煤炭资源丰富，石油和天然气资源匮乏，煤炭是氨生产的主要原料，天然气作为补充。约76%和21%的氨是基于煤炭和天然气生产的，其余小部分基于焦炉气。 政策指导和产业转型迫切需要解决氨生产中高能耗和高碳强度原料结构问题。自中国提出碳达峰和碳中和目标以来，由国家发改委（NDRC）、工信部（MIIT）、生态环境部（MEE）和国家能源局（NEA）等政府部门代表引领了相关发展。实施指南：氨工业节能降碳改造升级，工业和信息化领域碳达峰实施计划，氨工业节能降碳专项行动计划，工业领域清洁低碳氢能应用加速实施计划,6并且其他文件（见附件1）。这些文件规定了该行业在2025年之前和之后的碳排放控制目标。中国在第十四个五年计划（2021-2025年）中强调了建设可持续化学工业的目标，鼓励氨工业逐步转向基于绿色氢和其他途径的低碳生产路径。风能、太阳能光伏和其他可再生能源的快速发展为绿色氨的进一步发展提供了技术基础和资源。 这些政策为氨工业的低碳发展提供了以下指导方针： •节能减碳改造：例如，要求产能高于能源效率基准水平的比例到202