食气时代 | 分布式氨生产：解锁肥料产业的绿色转型与粮食安全
2024年8月9日
绿色创新发展研究院iGDP
传统集中式氨工业的局限性
文章指出，传统的合成氨生产方式虽然在历史上为农业生产提供了大量的氮肥，支持了全球粮食生产，但它存在一些明显的局限性，这些局限性在当今追求可持续性和环境友好型发展的背景下变得越来越突出：
1. 过度依赖化石燃料
集中式氨工业主要依赖天然气、煤或重油作为原料和能源来源。这些化石燃料不仅有限，而且价格会受到地缘政治和市场波动的影响，从而导致氨生产成本不稳定。
2. 碳排放问题
Haber-Bosch（H-B）技术是目前最成熟的制氨工艺。该技术以氮气和氢气为原料，在300-500摄氏度高温，200-300标准大气压下进行反应，整个过程能耗巨大，同时会产生大量二氧化碳排放。
3. 供应链复杂
集中式生产设施通常位于资源丰富的地区，而氨的需求则遍布全球。这就需要复杂的供应链来将氨从生产地运输到需求地，包括长距离的管道、船舶或卡车运输。此外，生产出的氨需要转化为尿素、硝酸铵等中间产品，增加了额外的运输和处理成本。
4. 运输成本高昂
氨的运输不仅涉及高昂的物流成本，而且还伴随着供应链中断的风险，特别是在地缘政治不稳定或基础设施不发达的地区。
基于分散式氨的化肥生产潜力
为了克服集中式制氨工业的局限性，研究提出了利用太阳能光伏系统或电网电力，在农场规模上进行分散式氨肥生产，研究考虑了来自太阳能农光互补系统或电网电力的供给，通过将分布式氨生产的预期成本与历史上的集中式生产市场价格进行比较，分析了在不同情况下分布式生产的经济可行性，得出以下结论:
1. 成本竞争力
分散式氨的化肥生产在考虑运输成本和供应链中断因素的情况下，预计到2030年能够在全球范围内实现高达96%的氨需求的成本竞争力。在农场或需求点附近进行分散式生产，可以减少长途运输和复杂的供应链管理成本，这使得化肥生产更加经济，也会减少对长距离供应链的依赖。
2. 技术潜力
小型模块化技术，如电催化还原法，具有较低的操作温度和压力要求，使得生产过程更加灵活，适应性也更强，利用多种可持续能源和水作为氢的来源，在温和条件下合成氨，有望实现真正的零排放。随着技术的不断进步，如电催化技术的改进，分散式氨的化肥生产的成本有望进一步降低，竞争力将得到进一步增强。
3. 环境影响
使用太阳能光伏系统或电网电力进行氨生产，可以显著减少与化石燃料相关的碳排放。分散式生产方式有望减少温室气体排放，对抗气候变化，并降低氨在运输过程中的环境风险。
4. 粮食安全
在粮食不安全的地区，分散式氨的化肥生产可以提供稳定和可靠的肥料来源，支持当地农业生产，增强粮食自给能力。
5. 经济和政策因素
分散式生产的经济可行性受到能源价格、技术成本、政策激励和市场需求等多种因素的影响。为了实现分散式氨的化肥生产的潜力，需要相应的政策支持和市场机制，包括对可再生能源的激励和对低碳技术的推广。
综上所述，分散式氨的化肥生产具有改变化肥行业的潜力，尤其是在提高成本效益、增强粮食安全和促进环境可持续性方面。这项研究为决策者和工业界提供了宝贵的参考，帮助他们评估和采纳不同的技术解决方案，以实现从碳密集型生产方式向净零氨生产技术过渡。