最近被人們熱議的“氨能"，本質(zhì)上就是把氨作為一種能量介質(zhì)，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(yīng)用、生產(chǎn)來源方式等層面來給大家簡(jiǎn)單科普“氨"到底是一個(gè)什么東西，以及氨在未來的能源系統(tǒng)中如何扮演能源的角色。
一、氨的物性、應(yīng)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(jī)化合物，化學(xué)式為NH3，分子量為17.031，無色、有強(qiáng)烈的刺激氣味。密度 0.7710g/L。相對(duì)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(diǎn)-33.5℃。也易被固化成雪狀固體。熔點(diǎn)-77.75℃。溶于水、乙醇和億醚。在高溫時(shí)會(huì)分解成氮?dú)夂蜌錃猓羞€原作用。有催化劑存在時(shí)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(tài)氨就液化成無色液體，同時(shí)放出大量的熱。 液態(tài)氨汽化時(shí)要吸收大量的熱，使周圍物質(zhì)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(tài)時(shí) 18603.1kJ/kg；空氣中爆炸低限含量：16.1%；空氣中爆炸高限含量：25%。
請(qǐng)注意：理論值是沒有氮氧化物出現(xiàn)的。當(dāng)實(shí)際在空氣環(huán)境中燃燒是有氮氧化物出現(xiàn)的。
2、氨的常規(guī)應(yīng)用
十九世紀(jì)中期，也就是戰(zhàn)爭(zhēng)前后，隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到氮源對(duì)植物生長(zhǎng)的重大意義，有意識(shí)地使用氨作為人工氮源提升農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。這也是氨最早作為肥料的一種在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，直到后續(xù)擴(kuò)展到工業(yè)領(lǐng)域，甚至未來的能源領(lǐng)域。
現(xiàn)狀，氨用于制造氨水、氮肥（尿素、碳銨等）、復(fù)合肥料、硝酸、以及銨鹽、純堿等，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維等領(lǐng)域。含氮無機(jī)鹽及有機(jī)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。
1774年英國(guó)化學(xué)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(guó)科學(xué)家，貝托萊證明了氨是由氫與氮組成的。
1898年，德國(guó)化學(xué)家首先采用化學(xué)方法完成了合成氨。
20世紀(jì)初，科學(xué)家就希望通過氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)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(jìn)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(guó)化學(xué)家哈伯完成了合成氨的實(shí)驗(yàn)。
1911年，哈伯與大名鼎鼎的BASF合作完成，建成合成氨工廠，年產(chǎn)量9000噸。哈伯本人因?yàn)樵诤铣砂鳖I(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
3.2.工業(yè)上氨是以哈伯法通過N2和H2合成。
（反應(yīng)條件為高溫、高壓、催化劑），一般為鐵觸媒作催化劑，壓強(qiáng)20-50 mPa，溫度450℃左右。
3.3工業(yè)制備流程
工業(yè)制氨絕大部分是在高壓、高溫和催化劑存在下由氮?dú)夂蜌錃夂铣芍频谩５獨(dú)庵饕獊碓从诳諝猓粴錃庵饕獊碓从诤瑲浜鸵谎趸嫉暮铣蓺猓儦湟瞾碓从谒碾娊猓Ｓ傻獨(dú)夂蜌錃饨M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(duì)于合成氨的催化劑是有毒物質(zhì)，在氨合成前要經(jīng)過凈化處理。無論哈伯法、天然氣制氨法、重質(zhì)油制氨法、煤（煤炭）制氨法等，其本質(zhì)上都是基于氮?dú)夂蜌錃?/span>的合成。只是不同的過程氫氣和氮?dú)獾膩碓床灰粯樱a(chǎn)過程副產(chǎn)物和工藝參數(shù)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(xiàn)在被大家熱炒的氫能源的氫氣來源。因?yàn)楹蜌湎啾劝本哂幸幌盗袃?chǔ)運(yùn)相對(duì)方便和成熟的特性，所以也就有了“氨能"、“氫能第二代"等等網(wǎng)絡(luò)熱詞出現(xiàn)。結(jié)合這些我們下面簡(jiǎn)單說明一下氨是如何在未來的能源系統(tǒng)中扮演角色。（氨的工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用不再展開說明了）
二、“氨"在未來的能源系統(tǒng)中扮演的角色
1、首先我們先明確為什么會(huì)有“氨能"一說。
1.1我們根據(jù)氨的制取方式來看，其本質(zhì)上是由氫氣和氮?dú)獾暮铣桑圆唤鉀Q其中相對(duì)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(chǔ)運(yùn)存在一些問題（無論是高壓氣態(tài)、金屬固態(tài)、有機(jī)液體或者液氫等），所以為了更好的實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)運(yùn)有了"H to X"的各種技術(shù)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(zhǎng)遠(yuǎn)系統(tǒng)來看，本質(zhì)上還是可再生能源“P to H to X"的一種技術(shù)路線。（至于為什么會(huì)有“ P to H"的必要性，本公眾號(hào)《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(yōu)勢(shì)，我們從下面兩個(gè)表格去做一些簡(jiǎn)單了解,從下面兩個(gè)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(gè)氨是相對(duì)來說實(shí)現(xiàn)氫氣儲(chǔ)運(yùn)的方式？各位客官自行分析，本人不做結(jié)論。
表1：氨與其他燃料的儲(chǔ)運(yùn)比較
表2：不同形式氫氣儲(chǔ)運(yùn)的比較
2.氨能該如何釋放
目前把氨作為一種能源體來做終端利用，目前能利用的方式不外乎直接燃燒和裂解制氫。
從燃燒熱值的角度，大家可以參考下表（當(dāng)然里面給的是單位重量下的熱值，非體積熱值，可以結(jié)合上面兩表的能量密度以及密度來分析）
氨的燃燒既有純氨燃燒也有混氫燃燒、也有氨混合碳?xì)淙紵饕鉀Q的問題是提高氨-空氣火焰的燃燒速度從而使火焰增強(qiáng)是氨燃料能夠成為可靠的替代燃料并廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵；另外還有就是避免氮氧化物的出現(xiàn)。
2.2氨的分解制氫。
氨的分解最終產(chǎn)物是氫氣和氮?dú)狻５獨(dú)饪梢灾苯优趴栈蛘咦鳛楣I(yè)氣體再利用，氫氣如何利用更是一個(gè)老生長(zhǎng)談的話題了，這里就不再贅述了。順便提一下目前已經(jīng)有直接氨燃料電池出現(xiàn)了。如能夠規(guī)模化應(yīng)用，肯定也是對(duì)“氨能"市場(chǎng)化的一種促進(jìn)。
我們討論這個(gè)問題實(shí)際上也會(huì)牽涉到很多問題，我們簡(jiǎn)單提列一些如下：3.1首先我們還是要解決氫氣的來源，沒有氫能就沒有氨能。當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步會(huì)不會(huì)有一天基于太陽(yáng)光就可以直接利用空氣中的氮?dú)夂退苯雍铣砂币彩且环N可能。3.2如果再生能源未來是全球能源供應(yīng)的主要來源，勢(shì)必會(huì)有個(gè)再生能源再分配的問題，看起來氨不失為為一種跨洲際實(shí)現(xiàn)再生能源再分配的好的載體之一。3.3“氨能"不是的，在一些相對(duì)較短的范圍內(nèi)和直接用氫比不見得有經(jīng)濟(jì)性。3.4氨的大規(guī)模合成非常成熟，但是大規(guī)模裂解再制氫還是有很多問題要克服。比如所有技術(shù)路徑都存在的攔路虎經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。3.5氨能終端應(yīng)用場(chǎng)景的打開像現(xiàn)在的氫能源一樣，既有多重限制又有多點(diǎn)開花的可能，但需要開發(fā)的場(chǎng)景卻任重而道遠(yuǎn)。3.6全球范圍內(nèi)氨的儲(chǔ)運(yùn)等法規(guī)盡管也比較苛刻，但是相對(duì)氫氣的儲(chǔ)運(yùn)來看法規(guī)體系已經(jīng)比較健全和完善。3.7回應(yīng)現(xiàn)狀大家也在熱炒的儲(chǔ)能問題，如果打通來源和應(yīng)用兩頭，那“氨"作為一種儲(chǔ)能體就更不是問題了。
結(jié)語(yǔ)：如果非得對(duì)“氨能"的未來下一個(gè)判斷性的結(jié)論，我想應(yīng)該是有了氫能就有機(jī)會(huì)有氨能，因?yàn)槠湓谀承用姘蹦苡?的優(yōu)勢(shì)。但氨能不是一個(gè)獨(dú)立體就能存在的能源體系，僅僅是再生能源的“P to X"的其中之一而已！
文章來源：《氫眼所見》，作者馬震
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