提到氨（NH?），你最先會想到什么？是高中化學實驗室里的難聞溶劑氨水，還是制造氮肥的關鍵原料氨氣？

今年6月，全球首艘純氨燃料內燃機動力示范船舶“氨暉號”28日在安徽合肥巢湖水域首航成功。這標志著氨燃料的工業化應用取得重大突破。

在全球應對氣候變化、追求碳中和目標的宏大背景下，能源系統的綠色轉型已成為不可逆轉的時代潮流。在眾多清潔能源技術路線中，氨作為一種零碳燃料，正憑借其獨特的物理化學性質和廣闊的應用前景，從傳統的化工原料領域脫穎而出，成為能源科技領域備受矚目的“潛力股”。

“氨暉號”在安徽合肥巢湖水域首航

圖片來源：新華社

氨燃料的魅力何在？

氨燃料最引人注目的優勢在于其燃燒過程的清潔性，即“零碳排放”特性。這一特性源于其獨特的分子構成與由碳氫化合物組成的傳統化石燃料（如煤、石油、天然氣）不同，氨分子中不含碳元素。因此，在理想燃燒條件下，氨與氧氣（O?）發生化學反應，其產物僅為氮氣（N?）和水（H?O）。這一過程的化學方程式可以簡化為：

從這個方程式中可以清晰地看到，全程沒有二氧化碳的參與。這意味著，如果氨燃料由可再生能源（如風能、太陽能）通過電解水制氫，再與空氣中分離的氮氣合成（即“綠氨”），那么其整個生命周期——從生產到最終燃燒——的碳足跡可以趨近于零。這種從源頭上消除碳排放的特性，使得氨燃料成為替代化石燃料、實現能源系統深度脫碳的理想選擇之一，尤其是在難以通過電氣化實現減排的重工業和長途運輸領域。

全球最大單體綠氨裝置——國家電投大安風光制綠氫合成氨一體化示范項目

圖片來源：央視新聞

在實際應用中，如在船舶航運領域，使用氨燃料可以顯著降低硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和顆粒物的排放。雖然氨燃燒過程中可能產生氮氧化物，但這屬于燃燒技術層面的挑戰，可以通過優化發動機設計、采用先進的排放控制技術（如選擇性催化還原，SCR）來解決，其根本性的碳排放問題已不復存在。這種從“末端治理”到“源頭控制”的轉變，是氨燃料相對于化石燃料最本質、最核心的優勢。

國內首臺低溫無水氨運輸車

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而另一種零碳能源——氫能雖被譽為終極清潔能源，但其大規模、長距離的儲存和運輸一直是制約其產業化發展的重大瓶頸。氨作為一種高效的儲氫介質，為解決這一難題提供了極具前景的解決方案。

氨燃料如何成為新的“工業血液”

目前氨燃料的應用主要依賴于兩種核心技術路徑：一是通過內燃機直接燃燒，將化學能轉化為機械能；二是通過燃料電池技術，將化學能直接轉化為電能。這兩種技術路徑各有側重，共同構成了氨燃料動力系統的基礎。

01 氨燃料發動機

氨燃料發動機是目前技術成熟度最高、最接近商業化應用的動力形式，尤其是在船舶等大型裝備領域。其核心技術在于如何高效、穩定地實現氨在發動機內的燃燒，并控制有害排放物的生成。

氨在內燃機中的燃燒過程與傳統燃料有顯著不同。氨的自燃溫度較高（約651°C），遠高于柴油（約210°C），且其燃燒速度較慢，火焰傳播速度低。這些特性使得純氨在壓燃式發動機（如柴油機）中難以實現穩定、高效的燃燒。因此，目前主流的氨燃料發動機技術路線是采用“氨-柴油”雙燃料模式。在這種模式下，發動機在啟動和低負荷時使用少量柴油作為引燃燃料，利用柴油的高自燃性來點燃氨氣；在高負荷時，則主要噴射氨氣，柴油僅作為輔助點火源。這種混合燃燒技術既能利用氨的零碳特性，又能保證發動機的可靠運行。

而如今，我國科研團隊已攻克純氨燃料等離子點火技術、純氨燃料持續燃燒技術等多項關鍵核心技術，相信在不久的將來，真正零碳排放的純氨內燃機會得到廣泛應用。

12V240H-DFA型氨燃料發動機

圖片來源：中車大連機車車輛有限公司

02 氨燃料電池

氨燃料電池的工作原理與氫燃料電池類似。其核心是電化學反應，通常涉及氨的分解（裂解）和后續的電化學氧化。一個典型的間接氨燃料電池系統包括一個氨裂解器，將氨分解為氫氣和氮氣，然后將產生的氫氣送入質子交換膜燃料電池（PEMFC）或固體氧化物燃料電池（SOFC）進行發電。在PEMFC中，氫氣在陽極被氧化成質子（H?）和電子（e?），電子通過外電路形成電流，質子則穿過電解質膜到達陰極，與氧氣和電子結合生成水。整個過程不涉及燃燒，因此能量轉換效率更高，且唯一的產物是水，實現了零排放。直接氨燃料電池則是將氨直接作為燃料送入燃料電池，無需預先裂解，技術難度更高，但系統更簡單。

未來，隨著催化劑、電解質膜等關鍵材料的突破，氨燃料電池的效率和壽命將進一步提升，使其在分布式發電、便攜式電源和電動交通工具等領域展現出廣闊的應用前景。

全國首艘“氨-氫”燃料電池動力環保船2023年在閩江首航

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氫氨融合

氨燃料的未來發展并非孤立的技術演進，而是與氫能深度耦合，共同構成一個名為“氫氨融合新能源”的宏大體系。這一體系旨在通過氫與氨的相互轉化與協同應用，構建一個完整的、可持續的零碳能源產業鏈。其核心思想是將氫和氨作為互補的能源載體，根據各自的優勢在不同應用場景中發揮最大效用，形成一個靈活、高效、安全的零碳能源網絡。

赤峰綠色氫氨一體化項目

圖片來源：央視新聞

氫氣的物理性質決定了其儲存和運輸的困難。氫氣密度極低，在常溫常壓下，其體積能量密度非常小，這意味著需要將其壓縮至極高壓力（如350-700bar）或液化至極低溫度（-253°C）才能進行高效儲運。這不僅需要耗費大量能量，還對儲罐材料和安全性提出了極高要求，導致成本高昂。相比之下，氨的物理性質則要“友好”得多。根據中國科學院學部的報告，氨是一種高效的儲氫介質，其質量儲氫密度高達17.6%。這意味著每100公斤的氨中，含有17.6公斤的氫。更重要的是，氨的液化條件要溫和得多，在常壓下僅需冷卻至-33°C，或在室溫下加壓至約1兆帕（MPa）即可液化。這種相對容易液化的特性，極大地降低了儲存和運輸的門檻和成本，使得通過液氨形式進行氫能的長距離、大規模運輸成為一種經濟可行的方案。

國內首艘氨動力港作拖輪

圖片來源：中國科技網

憑借其零碳、高效儲運的特性，氨燃料的應用場景極為廣泛，覆蓋了交通運輸、電力生產和工業制造等多個關鍵領域。近年來，我國對發展氨燃料技術和氫氨融合新能源高度重視，在氨燃料發動機、綠氨生產等領域取得了一系列重要突破，展示了我國在該領域的強大研發實力和產業化潛力。未來，氨燃料有望成為全球實現碳中和目標的關鍵力量，讓我們拭目以待。

參考資料：

https://academics.casad.cas.cn/zlyj/qyjcyp/202507/t20250726_5077856.html

https://www.news.cn/politics/20250628/e5a52396ec1647f4aa2200eb5c2906bf/c.html

https://www.stdaily.com/web/gdxw/2025-12/12/content_446308.html

http://xu.energy.hust.edu.cn/yjfx1/xnygx_gzhly/arsynyhly.htm

https://me.sjtu.edu.cn/tsfx-kjqy/77042.html