《氨技术路线图》（国际能源署IEA）
- 发布时间：2022-12-24
- 实施时间：2022-12-24
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发布部门 IEA
氨是所有矿物氮肥的起点，在空气中的氮和我们吃的食物之间架起了一座桥梁。大约70%的氨用于制造化肥，其余的用于广泛的工业应用，如塑料、炸药和合成纤维。氨在未来也可能作为低碳能源载体，但该应用不在本技术路线图的核心分析范围内。氨生产约占最终能源消耗总量的2%，占能源系统二氧化碳排放量的1.3%。全球人口越来越多，越来越富裕，这将导致氨产量的增长，而在此期间，世界各国政府都宣布，能源系统的排放必须朝着净零的方向发展。
该技术路线图使用情景分析来探索氨生产的三种可能的未来。在既定政策情景中，该行业遵循当前趋势，逐步改进，但远远达不到可持续发展的轨道。在可持续发展情景下，该部门采取必要的技术和政策，使其走上与《巴黎协定》目标一致的道路。2050年净零排放情景描述了与2050年全球能源系统实现净零排放相适应的氨工业发展轨迹。路线图的最后一章概述了主要利益攸关方(即政府、生产者、金融和研究机构)的必要作用和行动，并确定了里程碑和决策点。
氨通过用作肥料对全球农业系统做出了不可或缺的贡献。氨是所有矿物氮肥的起点，在空气中的氮和我们吃的食物之间架起了一座桥梁。大约70%的氨用于化肥，其余的则用于各种工业应用，如塑料、炸药和合成纤维。虽然使用氨作为燃料在清洁能源转型的背景下显示出前景，但这种应用目前仍处于初期阶段。因此，该路线图的重点是氨的现有农业和工业用途。
在未来，世界将需要更多的氨，但排放量会更少。
在世界各国政府宣布能源系统的排放必须朝着净零的方向发展的这段时期内，日益庞大和富裕的全球人口将导致氨需求的增长。该技术路线图探索了氨生产的三种可能的未来。在既定政策情景中，该行业遵循当前趋势，逐步改进，但远远达不到可持续发展的轨道。在可持续发展情景下，该部门采取必要的技术和政策，使其走上与《巴黎协定》目标一致的道路。2050年净零排放情景描述了与能源系统在2050年实现全球净零排放相适应的氨工业发展轨迹。
氨的生产目前严重依赖化石燃料。目前，全球氨产量约占最终能源消耗总量的2% (8.6 EJ)。大约40%的能量输入被消耗为原料——在最终的氨产品中提供一定比例的氢的原材料输入——其余的作为过程能量消耗，主要用于产生热量。
超过70%的氨生产是通过天然气蒸汽重整生产的，而其余大部分是通过煤气化生产的，导致1700亿立方米的天然气需求(占工业天然气需求的20%)和7500万吨煤需求(占工业煤炭需求的5%)。石油和电力加起来只占该行业能源投入的4%。
氨的生产是排放密集型的。目前，氨生产的直接排放量为4.5亿吨二氧化碳，相当于南非能源系统的总排放量。二氧化碳的间接排放量约为每年1.7亿吨二氧化碳，主要来自两个来源——发电和在土壤上施用尿素基肥料时发生的化学反应。氨是重工业生产的排放最密集的商品之一，尽管煤炭在其能源投入中所占的比例远低于其他行业。按直接二氧化碳排放量计算，每吨生产约2.4吨二氧化碳，排放强度几乎是粗钢生产的两倍，是水泥生产的四倍。
氨在世界各地生产和交易。中国是最大的氨生产国，占全球总产量的30%(和二氧化碳排放量的45%)，美国、欧盟、印度、俄罗斯和中东各占8% -10%。氨在世界各地都有交易，全球出口约占总产量的10%。其最常见的衍生物尿素的交易范围更广，其产量的30%还不到。原料和工艺能源的可用性是氨生产地点和方式的关键决定因素。美国、中东和俄罗斯的低成本天然气解释了这些地区及其天然气工厂的突出作用。中国丰富的煤炭储量解释了其对这种燃料的严重依赖，煤炭占其产量的85%左右。如果不改变进程，氨生产将继续对环境造成损害。该行业目前的发展轨迹是不可持续的。在既定政策情景中，受经济和人口增长的推动，到2050年，氨产量将增加近40%。到2030年，二氧化碳排放量将增长3%，然后进入下降阶段，这主要是由于能源效率的提高和煤炭使用比例的下降。到2050年，排放量将比今天低10%。
在目前趋势下，从现在到2100年，氨生产的累计直接排放量约为28gt，相当于将全球变暖限制在1.5°C的剩余排放预算的6%。现有资产为该行业的排放提供了动力。氨生产设施的使用寿命长达50年。目前装机容量的平均年龄是自首次安装以来的25年左右，但这一数字受到显著的区域变化的影响。欧洲的植物平均树龄在40年左右，而中国的植物平均树龄为12年，约占中国植物树龄的30%全球产能。根据这些工厂的运行时间，现有的全球库存在剩余寿命内可产生高达15.5亿吨二氧化碳，相当于2020年35年的氨生产排放量。
非二氧化碳环境影响不应被忽视。除了二氧化碳的排放，氮肥的生产也会导致一氧化二氮的排放。一氧化二氮和二氧化碳也会在施肥期间和之后的使用阶段产生。虽然很难准确测量确切的数量，但据估计，使用阶段的排放量占氮肥生命周期温室气体总排放量的70%以上。过度使用矿物肥料会破坏生态系统，但化肥提高作物产量也会减少自然生态系统向农业生产的转化。
在化石燃料的开采和运输过程中产生的甲烷排放构成了进一步的挑战——就像它们对更广泛的能源系统所做的那样——但可以通过商业上可用的技术实现数量级的减少，其中很大一部分技术的净成本为零。
在接近零排放技术方面已经取得令人鼓舞的进展。接近零排放的生产方法正在出现，包括电解、甲烷热解和基于化石的碳捕获与存储(CCS)路线。根据能源价格和其他地区因素的不同，这些新兴路线生产每吨氨的成本通常比传统路线高出10-100%。现有和已宣布的项目计划在2030年前投产近800万吨的近零排放氨产能，相当于2020年总产能的3%。两种途径概述了氨工业的一系列理想的未来。
在可持续发展情景下，到2050年，二氧化碳直接排放量相对于今天下降70%以上。2050年净零排放情景描述了到2050年排放量下降95%的轨迹。这些场景的组成部分之间的差异是程度上的，而不是方向上的。更有效地使用氨——在不影响其提供的最终用途服务的情况下减少需求增长——减轻了技术部署的负担。总产量增长放缓是提高氮肥施用效率、增加塑料和其他耐用氨衍生产品的回收和再利用等战略的结果.
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