一文科普：最近熱炒的“氨能”是個什么東西？

　更新時間：2022-03-18 點擊量：6938

最近被人們熱議的“氨能"，本質上就是把氨作為一種能量介質，是“Power to X"中的一種，也可以理解成“H to X"的一種。下面我們就從“氨氣"的一些基本物性、應用、生產來源方式等層面來給大家簡單科普“氨"到底是一個什么東西，以及氨在未來的能源系統中如何扮演能源的角色。

一、氨的物性、應用、以及制取介紹

1、氨氣的基本物性介紹：

氨氣（Ammonia），是一種無機化合物，化學式為NH3，分子量為17.031，無色、有強烈的刺激氣味。密度 0.7710g/L。相對密度0.5971（空氣=1.00）。易被液化成無色的液體。在常溫下加壓即可使其液化（臨界溫度132.4℃，臨界壓力11.2兆帕，即112.2大氣壓）。沸點-33.5℃。也易被固化成雪狀固體。熔點-77.75℃。溶于水、乙醇和億醚。在高溫時會分解成氮氣和氫氣，有還原作用。有催化劑存在時可被氧化成一氧化氮。用于制液氮、氨水、硝酸、以及銨鹽和胺類等。可由氮和氫直接合成而制得，能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過多，能引起肺腫脹，以至死亡。

1.氨極易液化，在常壓下冷卻至-33.34℃或在常溫下加壓至700KPa至800KPa，氣態氨就液化成無色液體，同時放出大量的熱。液態氨汽化時要吸收大量的熱，使周圍物質的溫度急劇下降，所以氨常作為制冷劑。

2.燃燒熱值：燃燒熱，25℃（77oF）氣態時 18603.1kJ/kg；空氣中爆炸低限含量：16.1%；空氣中爆炸高限含量：25%。

3.在純氧氣中的燃燒反應：

請注意：理論值是沒有氮氧化物出現的。當實際在空氣環境中燃燒是有氮氧化物出現的。

2、氨的常規應用

十九世紀中期，也就是戰爭前后，隨著農業科學的發展，人們已經認識到氮源對植物生長的重大意義，有意識地使用氨作為人工氮源提升農產品產量。這也是氨最早作為肥料的一種在農業領域的應用，直到后續擴展到工業領域，甚至未來的能源領域。

現狀，氨用于制造氨水、氮肥（尿素、碳銨等）、復合肥料、硝酸、以及銨鹽、純堿等，廣泛應用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維等領域。含氮無機鹽及有機物中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。此外，液氨常用作制冷劑，氨還可以作為生物燃料來提供能源。

3、氨的制取

3.1.氨的發展史

1774年英國化學家普利斯特利通過加熱氯化銨與熟石灰制備了氨氣。
1784年，法國科學家，貝托萊證明了氨是由氫與氮組成的。
1898年，德國化學家首先采用化學方法完成了合成氨。
20世紀初，科學家就希望通過氫氣與氮氣反應得到氨氣。所用的手段可以說是五花八門，包括但不限于使用催化劑或者高壓電弧等等，尤其是后者，主要希望通過模擬自然界的固氮過程進行合成氨。但是無一例外這些手段最終都失敗了。甚至人們一度以為合成氨是不可行的。
1908年~1910年，德國化學家哈伯完成了合成氨的實驗。
1911年，哈伯與大名鼎鼎的BASF合作完成，建成合成氨工廠，年產量9000噸。哈伯本人因為在合成氨領域的突出貢獻獲得了1918年諾貝爾化學獎。

以上就是一直沿用至今的“哈伯法"合成氨！

3.2.工業上氨是以哈伯法通過N2和H2合成。

在高溫高壓和催化劑存在下直接化合而制成：

（反應條件為高溫、高壓、催化劑），一般為鐵觸媒作催化劑，壓強20-50 mPa，溫度450℃左右。

3.3工業制備流程

工業制氨絕大部分是在高壓、高溫和催化劑存在下由氮氣和氫氣合成制得。氮氣主要來源于空氣；氫氣主要來源于含氫和一氧化碳的合成氣（純氫也來源于水的電解）。由氮氣和氫氣組成的混合氣即為合成氨原料氣。從燃料化工來的原料氣含有硫化合物和碳的氧化物，它們對于合成氨的催化劑是有毒物質，在氨合成前要經過凈化處理。

無論哈伯法、天然氣制氨法、重質油制氨法、煤（煤炭）制氨法等，其本質上都是基于氮氣和氫氣的合成。只是不同的過程氫氣和氮氣的來源不一樣，生產過程副產物和工藝參數不一樣。所以氫氣作為其中合成需求原料之一，其來源剛好也是現在被大家熱炒的氫能源的氫氣來源。因為和氫相比氨具有一系列儲運相對方便和成熟的特性，所以也就有了“氨能"、“氫能第二代"等等網絡熱詞出現。結合這些我們下面簡單說明一下氨是如何在未來的能源系統中扮演角色。（氨的工業領域應用不再展開說明了）

二、“氨"在未來的能源系統中扮演的角色

1、首先我們先明確為什么會有“氨能"一說。

1.1我們根據氨的制取方式來看，其本質上是由氫氣和氮氣的合成，所以不解決其中相對獲得成本較高的氫氣來源問題，就無從談起“氨能"。另由于氫氣的儲運存在一些問題（無論是高壓氣態、金屬固態、有機液體或者液氫等），所以為了更好的實現氫氣的儲運有了"H to X"的各種技術路線，其中目前比較典型的就是氫氣合成甲醇、合成、甲烷、合成氨。長遠系統來看，本質上還是可再生能源“P to H to X"的一種技術路線。（至于為什么會有“ P to H"的必要性，本公眾號《氫眼所見》有很多文章描述原因）

1.2 氫氣合成氨和其他相比具備什么優勢，我們從下面兩個表格去做一些簡單了解,從下面兩個表中的能量密度、體積成本、能量成本來比較是否能得出一個氨是相對來說實現氫氣儲運的方式？各位客官自行分析，本人不做結論。