氨：正在成为传统用途与能源转型的关键角色

氨传统上用于化肥生产，而在未来，它可能作为高效氢源和气候友好的化石燃料替代品，在能源转型中发挥关键作用——因其可通过氮气和氢气生产，完全无碳排放。此外，氨在运输和储存方面具有诸多优势。弗劳恩霍夫微技术与微系统研究所（Fraunhofer IMM）正通过多个研究项目，开发一种紧凑、高效且去中心化的氨裂解技术。

弗劳恩霍夫 IMM 的氨裂解中试装置，氨裂解能力达 20 公斤/小时

弗劳恩霍夫 IMM 能源部门负责人兼美因茨研究所副所长冈瑟·科尔布（Gunther Kolb）解释：“氨为可持续改造能源系统提供了极佳前景。毕竟，生产足够的无排放能源并非能源转型的唯一挑战。由于大量绿电主要产自风力或太阳能丰富的地区（如智利和澳大利亚），向可再生能源较少的地区进行低损耗运输确实是一个重要因素。” 在此方面，氨的应用能带来变革性优势。

氨可作为氢储存与运输的理想载体

绿氢（H₂）与氮气（N₂）以 3:1 比例合成氨（NH₃），以此形式储存和运输的能源在供应链中损耗更低。

名称 说明
氨的储存优势在大气压下，甚至仅 7.5 巴压力或冷却至约零下 33℃ 时即可保持液态；而纯氢液化需在低压真空环境中冷却至零下 253℃，能耗极高
更高的体积能量密度氨的单位体积可运输更多能量。科尔布表示：“用氢和氮生产氨仅比用绿电制氢多消耗约 5% 的能源。此外，氨的生产和裂解几乎完全无碳。”
运输安全性尽管氨有毒且易燃，属于危险物质并受严格监管，但凭借现行的高安全标准，全球每年通过船舶和火车安全运输约 2500 万吨氨，主要用于化肥生产

氢能网络建设与挑战

氨需转化为原始成分（氮气和氢气）才能用于化工行业或作为能源，且转化过程中需尽可能减少能量损耗。气态氨被引入约 600℃ 的反应器，与具有大内表面积的无机镍基催化剂接触裂解。

科尔布表示：“目前，澳大利亚和智利等绿电丰富的国家正在建设首批大型电解装置以生产氨。在欧洲，鹿特丹等地正建设首批大型裂解装置。” 目标是通过管道在需求地供应氢气，但主要问题在于许多潜在客户（尤其是中小企业）无法接入氢气管网。

德国氢能基础设施正在建设中，计划到 2032 年建成总长约 9000 公里的中央氢能网络，主要通过改造天然气管线实现。但即便如此，仍有大片区域无法接入氢能供应。

去中心化裂解技术实现本地供应

科尔布表示：“我们的去中心化（分布式）裂解技术可高效、无排放地填补这一供应缺口，满足每日 100 公斤至 10 吨的氢气需求。” 在莱茵兰—普法尔茨州资助的 AMMONPAKTOR 项目中，该研究所与弗劳恩霍夫工业数学研究所（ITWM）合作开发了一种紧凑型氨裂解器。借助创新的板式换热器技术和集成的变压吸附尾气燃烧技术，其转化效率达 90%，而传统技术仅为 70%。

技术优势：

  • 裂解反应器所需热量直接通过裂解器内的尾气流量生成，无需额外燃料或电力。
  • AMMONPAKTOR 反应器体积比传统技术小 90%，尤其适用于移动场景和空间受限环境。
  • 尾气的利用使其碳足迹低于电加热反应器概念。
  • 弗劳恩霍夫 IMM 的创新板式换热器直接涂覆催化剂，取代传统外部管道加热（约 900℃），实现高效热传递，大幅节约能源。

美因茨弗劳恩霍夫 IMM 园区的原型装置已能每日生产约 75 公斤氢气，相当于 50 千瓦燃料电池的日产量，“这一产量足以供应一个小型加氢站”。

下一步研发目标是将日产量提升至 10 吨，相关工作将在欧盟五年期海事项目 GAMMA 和弗劳恩霍夫旗舰项目 AmmonVektor 中推进。后者自 2024 年初启动，由弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所（UMSICHT）牵头，探索整个绿氨价值链，以实现去中心化（分布式）供氢并尽可能降低成本。

【信息来源：Chemeurope、Fraunhofer IMM】