推进绿色氨经济：迈向中国化工行业脱碳

RMI 是一个成立于1982年的独立非盈利组织，通过市场驱动的解决方案转变全球能源系统，以实现1.5℃的未来并为一所有人创造一个清洁、繁荣、零碳的未来。我们在全球最关键的地区开展工作，并联合企业、政策制定者、社区和民间组织，识别和推广能源系统干预措施，以在2030年前将气候污染至少削减50%。RMI 在科罗拉多州的巴尔特和博尔德、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北京设有办事处。 中国石油和化学工业联合会氢能委员会（以下简称“CPCIF.HEC”）成立于2021年。其旨在广泛连接国内外整个氢能产业的相关企业，倡导行业自律，推动行业技术革新和转型升级，为相关职能部门制定产业政策提供支持与建议，促进组织与协调，为产业发展提供相对服务，并促进石化与氢能产业的高质量协同发展。 作者与致谢 作者 Ting Li Shuyi Li Peishan Wang Yujun XueHaoran Li Weishan Sun Yongliang Li Miao Li XiaoliZhu Yichen Jia 联系方式 Shuyi Li, sli@rmi.org 版权和引用 RMI, CPCIF.HEC,推进绿色氨经济：迈向中国化工行业的脱碳化, 2025,https://rmi.org/insight/advancing-green-ammonia-economics-towards- decarbonization-of-chinas-chemicals-industry/ RMI重视合作，旨在通过分享知识和洞见来加速能源转型。因此，我们允许相关方通过Creative Commons CC BY-SA 4.0许可证引用、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 作者对来自RMI的Shuo Gao、Yihan Hao、Jun Li、Qiyu Liu、Yujing Liu和Zhe Wang的宝贵评论表示衷心感谢。 作者们诚挚感谢以下专家提供的见解和评论： quanwei li, 东华工程科技股份有限公司 liu siming, 国家石油和化学规划研究院 su jianying, 中国氮肥工业协会 本报告内容不代表上述专家和机构的观点。 目录 引言..................................................................................... 5 1.1 政策与进展............................................................................................................7 1.2 传统生产工艺与碳排放.....................................................11 1.3 迈向绿色氨生产.................................................................................12 2. 绿色氨生产的经济挑战.......................15 2.1 理想条件下的生产成本..............................................................................15 2.2 稳定生产对成本的影响.................................................................................16 2.3 利用过剩电力对成本的影响....................................................................18 3. 提升多重应用场景：推动成本降低与缩小差距 ..... . 20 3.1 情景1：农业用氨...........................................................................203.2 情景2：氨作为航海燃料......................................................................263.3 情景3：发电用的氨混合燃料..........................................................................................283.4 多种应用场景下绿氨的前景................................................................30 4. 全球实践与启示.......................................................... . 34 4.1 耶拉 — 补贴、认证和价值链合作的联合努力........................................................................344.2 塔勒斯 — 一种分布式开发模式...................................................................................354.3 NEOM— 大规模生产........................................................................................36 5. 建议.......................................................................39 尾注。 ........................................................................................41 引言 氨 (NH₃) 是一种重要的基础化工产品，在农业中具有广泛的应用。 行业，以及其他领域。目前，氨主要用于农业部门。在全球范围内，超过70%的氨用于生产氮肥以保障粮食供应。同时，作为一种新兴的能源，氨在支持航运和电力部门的脱碳化方面也具有巨大的潜力。 目前，氨的生产依赖于使用煤炭和天然气作为原料的传统工艺，显示出高水平的碳强度和能源消耗。氨的生产约占全球终端能源消耗的2%，占全球碳排放的1.3%。1煤炭和天然气分别约占全球氨生产原料的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，单位产品能源消耗的碳排放量高于全球平均水平。煤制氨的碳强度约为4.4–4.8吨二氧化碳（t CO）/吨氨（t NH），超过天然气制氨的两倍。23 按绝对值计算，中国是世界最大的氨生产国和消费国。2022年，中国生产了约5321万吨氨。2占世界总量的30%。2020年，氨行业产生了219百万吨CO的直接排放。3这代表约2.2%。 占中国总碳排放量的五分之一，也是化工行业碳排放量最多的排放者。同时，氨是许多化工产品的基本原料。通过在氨的生产过程中减少碳排放，可以显著降低化工产品的碳足迹，推动行业的低碳转型和可持续发展。因此，氨行业的低碳转型不仅对中国化工行业的绿色发展至关重要，也是全球化工行业低碳转型的重要关键。 在生产过程中，通过转向清洁低碳的原料和燃料，可将超过85%的碳排放减少。作为通过可再生能源电解水产生的替代原料和燃料，绿色氢气在大幅减少碳排放方面发挥着重要作用。因此，使用绿色氢气和从空气中分离的氮气合成的绿色氨正日益受到关注，预计将成为未来重要的清洁原料和能源，为多个行业脱碳提供解决方案。目前，中国正积极推动氨行业的低碳转型。《氨行业节能降碳转型升级实施方案》、《工业领域碳达峰实施方案》,4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）及其他部门发布的几项其他政策，已针对氮肥行业提出了2025年前后碳排放在先后的具体目标。同时，风能、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。该国在“十四五”规划（2021–2025）中强调了建设可持续化学工业的目标，鼓励氮肥行业逐步转向包括绿色氢在内的低碳生产路线。 在全球范围内，许多国家和地区也在以不同方式加速推广绿色氨的采用。例如，沙特阿拉伯正在建设一个大型绿色氨项目，该项目整合了超过40吉瓦（GW）的风能和太阳能光伏发电，为绿色氨生产提供清洁且具有成本竞争力的电力。该项目的计划绿色氨生产能力为每年120万吨。日本打算通过政府拨款、税收减免和基础设施投资等方式，增强对绿色氨作为燃料的利用支持，以促进电力、航运、化工生产等行业的脱碳。欧盟发布的《非生物来源可再生燃料（RFNBO）》法案进一步明确了绿色氢和绿色氢衍生燃料在增量性、时效性和地域相关性方面的要求，为绿色产品价值的货币化和验证提供了重要参考。实践表明，推广大规模绿色氨需要满足多个条件，包括可再生能源供应的稳定性、成本效益、政策激励以及市场规则的支撑，这些为绿色氨的发展提供了重要参考。 在政策与市场驱动下，中国正迅速推进绿色氨项目的落地，宣布计划建设的绿色氨总产能超过1300万吨。尽管这意味着中国绿色氨产业正经历快速发展，但在技术和成本方面仍面临挑战。在技术层面，绿色氨生产的核心在于利用可再生电力，必须通过工艺优化和技术支持，将波动性、间歇性的电力供应调整为工业生产所需的连续稳定电力供应。应开发一种新型氨合成工艺，为可再生电力提供更加友好和适应性的工作环境，同时将绿色电力转化为绿色氢气并最终合成绿色氨的工艺还需进一步演进。在成本层面，绿色氨在现有农业场景以及航运、发电等新兴场景中的应用，面临远高于传统方法的成本问题。因此，有必要基于不同场景，综合评估技术迭代、政策支持、市场机制和需求端驱动等多重因素的协同效应，为绿色氨的早期应用实现成本平价提供可行方案。 从当前状况和中国绿色氨的潜力出发，本报告探讨在可再生氢气生产和氨合成工艺迭代背景下相关的生产技术、关键问题及未来趋势。报告还针对不同情景下的绿色氨生产进行成本效益分析，讨论影响经济性的因素，并预测未来经济性变化。基于这些因素，报告总结绿色氨应用场景（如农业、航运和发电）的潜在市场和推广前景，并探讨在这些场景下实现绿色氨成本平价的条件和可能解决方案。在讨论解决方案时，重点强调了政策、下游溢价和碳市场等市场机制的潜在贡献。此外，通过比较分析全球范围内的典型绿色氨项目，报告为在中国进一步扩大绿色氨规模提供参考。进一步地，报告从政策、行业和企业角度提出行动建议，以加速中国绿色氨产业的发展，帮助化工行业实现绿色低碳转型。 1. 概述：从现在到未来 1.1 政策与进展 中国是世界上最主要的氨生产国和消费国。2022年，中国生产了大约532.1万吨氨。5代表全球总量的30%。由于中国煤炭资源丰富，而油气资源匮乏，煤炭是氨生产的主要原料，天然气作为补充。其中约76%和21%的氨分别基于煤炭和天然气，剩余的小部分基于焦炉煤气。 政策指导与产业转型亟需以应对氨生产的能源强度高和碳强度原料结构。自中国提出碳达峰与碳中和目标以来，以国家发展和改革委员会、工业和信息化部、生态环境部以及国家能源局为代表的政府机构，已主导推动了相关发展。《氨工业节能降碳转型升级实施方案》、《工业领域碳达峰实施方案》、《氨工业节能降碳专项行动方案》、《工业领域加快清洁低碳氢能应用实施方案》,6并与其他文件