【THE_ROYAL_SOCIETY】2024氢和氨在应对净零排放挑战中的作用报告_13页_331kb

气候变化：科学与解决方案氢和氨
氢和氨作为无碳排放的多功能燃料，在净零经济中具有重要潜力。氢是宇宙中最丰富的元素，可应用于运输、热能、电力及储能等领域；氨则是氢与氮的化合物，具备更高的体积能量密度，适合储存和运输。两者传统生产依赖化石燃料（如蒸汽甲烷重整制氢、哈伯法合成氨），导致高碳排放，2021年全球氢生产排放约83亿吨CO₂，氨排放约420亿吨CO₂，合计占全球温室气体排放的2%。

当前，氢和氨在工业（如合成氨、钢铁冶炼）、交通（重型车辆、海运、航空）及能源领域已有应用，但需通过脱碳生产降低环境影响。绿氢通过可再生能源电解水制取，实现零碳排放，但技术成熟度和成本仍是挑战；蓝氢则结合碳捕集与封存（CCS）技术，减少碳足迹但无法完全脱碳。氨的低碳生产依赖绿氢或蓝氢作为原料，其应用潜力涵盖发电、储能及直接作为燃料。例如，氨可通过裂解还原为氢，或用于高温固体氧化物燃料电池发电。

氢和氨的应用需克服储存与运输难题。氢需高压压缩或液化储存，成本高昂且技术复杂；氨则因密度较高，运输更便捷，且已有成熟储存技术。在能源需求季节性波动或可再生能源间歇性发电场景中，两者可作为短期储能和备用能源。此外，氢或氨可将过剩可再生能源转化为可跨区域输送的能源载体，推动能源转型。

技术发展与成本控制是关键。当前绿氢生产成本约为300–660美元/千克，蓝氢成本约240美元/千克，而灰氢仅需180美元/千克。若碳价格达55–90欧元/吨CO₂，蓝氢可与灰氢竞争。未来预测显示，2030年绿氢成本可能降至140–230美元/千克，部分区域或实现与灰氢成本平价。研发重点包括提升电解槽效率（如碱性电解槽、PEM电解槽、SOEC技术）、开发新型催化剂与膜材料、探索无需电力的水解技术（如太阳能转化燃料），以及优化氨合成工艺（如电化学还原氮气）。

政策与示范项目推动发展。全球已有30多个国家发布氢路线图，计划投入超700亿美元公共资金。英国、德国等国拟在2030年前将低碳氢产能提升至5GW，中国目标2030年生产100万辆氢燃料汽车并建设1000个加氢站。国际合作在基础设施（如港口集群氢气管道网络）和技术创新（如海上风电制氢、核能制氢）中发挥重要作用。

挑战与机遇并存。氢和氨在特定领域（如重工业、航运、航空）优于现有替代方案，但需解决生产成本、储存安全及技术成熟度问题。例如，海运领域正测试氨燃料船舶，航空业探索氢氨混合燃料以适配现有引擎。同时，氢能住宅供暖面临改装成本高、管道脆化等障碍，需材料创新与政策支持。

未来部署需分阶段推进：短期通过示范项目验证技术可行性，中期扩大工业应用（如钢铁冶炼氢化、合成燃料生产），长期发展规模化储能与跨区域能源输送。综合技术路径（如结合CCS、可再生能源与氢能载体）是实现净零目标的核心，需加强跨领域协作、政策激励及人才培养。