氨被廣泛用作肥料。現在研究人員和企業家相信，用可再生能源制造的綠氨可以成為發電和船舶動力的重要清潔燃料來源。

　　美國明尼蘇達州有一個布滿渦輪風機的農場，風電為一座制氨工廠提供動力。這是明尼蘇達大學邁克爾·里斯負責的一個項目。氨不僅作為肥料在農場施用，還可為拖拉機提供實驗燃料。在無風的日子儲存能量，可為谷倉加熱，使谷物干燥。所有這些過程都沒有二氧化碳排放。明尼蘇達大學的這項研究表明，使用綠氨作為肥料、燃料和熱能，可以將玉米等作物的碳足跡減少90%，低得驚人。

　　這種替代零碳液體燃料的倡導者認為，綠氨的應用范圍遠不止農場。他們預測，作為燃料的綠氨將有廣闊的新市場，最終會超過作為肥料的巨大需求。2021年國際能源署報告預測，為實現凈零排放，到2050年，氫燃料(包括氨)將占到運輸燃料份額的近30%。

　　為在需要的時間和地點提供電力，氨也是儲存和運輸可再生能源的主要技術之一。其思路是利用可再生能源以非化石燃料生產綠氨，通過管道或船舶輸送到發電廠用做燃料。這些發電廠配備了專門的氨渦輪機。

　　雖然儲能電池效率很高，但只適合儲存數小時或數天的較少電量。牛津能源研究所2020年的一份報告提出，對于大規模長期儲能來說，液氨最具競爭能力。包括日本、澳大利亞、荷蘭和英國在內的國家都有使用綠氨儲存和出口盈余可再生能源的計劃。

　　澳大利亞墨爾本蒙納士大學化學家道格拉斯·麥克法蘭預計，未來幾十年，氨產量可能增加約100倍。

　　不過，目前氨生產還不是綠色的。全世界每年生產約1.75億噸氨，主要用作肥料。氨合成采用能源密集型、有百年歷史的工業流程，會產生大量溫室氣體。氨生產的碳排放約占全球碳排放量的1%～2%，是排放量最大的產業之一。

　　要讓氨成為世界氣候變化解決方案的一部分，就要確保所有的氨都是綠色的。這是一項艱巨的任務。首先，用于儲存風能和太陽能的氨必須用可再生能源生產。其次，合成氨廠必須徹底改造生產系統。而船舶發動機需要重新配置，以使用新的液體燃料——氨。同時，還必須克服新的障礙：燃燒氨可能會產生比二氧化碳更強的溫室氣體。

　　氫被奉為未來燃料，但氫燃料存在以下問題：作為液體，需要零下250攝氏度左右的低溫;作為氣體，需要在高壓下儲存;在空氣中，它的爆炸極限是4%～75%。相比之下，氨很容易作為液體儲存，但不足之處是其能量密度只有傳統化石燃料的一半。盡管氨有毒，但作為肥料，其已在全球擁有一個巨大的制造、儲存和運輸系統。

　　傳統、低成本的氨合成，是水蒸汽與天然氣中的甲烷發生化學反應，生成氫氣，排出副產品二氧化碳，氫氣與空氣中的氮氣在高壓和高溫下結合成氨。這一工藝被稱為哈伯-博世流程，以20世紀初發明該工藝的諾貝爾獎獲得者弗里茨·哈伯和卡爾·博世命名。每生產1噸氨，可通過尿素回收40%左右二氧化碳，通常向大氣中釋放近2噸二氧化碳。

　　減少合成氨碳排放最簡單的方法是使用可再生能源發電分解水來制造氫氣，將天然氣排除在化學方程式之外。哈伯-博世流程的其余部分不變，由可再生電力提供動力。這就是位于莫里斯鎮的明尼蘇達州工廠從2013年起就在做的事情。

　　自2018年以來，英國和日本一直在進行風驅動綠氨工廠實驗。在美國，目前全球最大的氨生產商CF工業控股公司計劃2023年在路易斯安那州唐納森維爾建一座綠氨旗艦廠，年產量為2萬噸。在澳大利亞，挪威雅苒國際公司的皮爾巴拉氨工廠計劃到2022年底年產綠氨3500噸，到2030年產量增加50倍。最大的項目來自沙特阿拉伯，計劃2025年建成一座年產120萬噸綠氨的工廠。

　　盡管有這么多的項目，但綠氨產量與目前全球每年1.75億噸的氨產量相比微乎其微。按照麥克法蘭的預計，全球的氨產量將提高100倍。但這種擴張存在很大風險，包括氨的意外泄漏、高濃度鹽的環境污染——需要將所有的淡化海水變成綠氫的副產品。雖然利用現有技術可以實現這樣的規模，但成本很高。牛津大學報告顯示，目前美國一家使用化石燃料的大型工廠生產的氨比電解水生產的氨便宜73%。而成本在很大程度上取決于電價。

　　荷蘭特溫特大學化學工程師吉米·法里亞表示，雖然風能和太陽能成本在過去7年左右大幅下降，但綠氫要與化石燃料合成氫的成本相當還不知要到什么時候。為了讓綠氨生產成本降得更快和規模足夠大，需要政府出臺綠氫補貼政策，并支持其擴大規模。在此之前，如果航運業希望將氨作為燃料，只能用化石燃料氫。那么，這只是將碳排放從一個產業(航運)轉移到另一個產業(氨生產)，毫無意義。

　　同時，生產技術也必須創新。但改進哈伯-博世工藝不易。這是一項成熟而高效的技術。明尼蘇達大學項目負責人邁克爾·里斯與合作者獲得了美國能源部1000萬美元的項目資金，建造了試驗工廠測試實驗成果：創新改進的催化劑、提取氨的吸收鹽。他們一方面希望降低成本，另一方面希望降低高壓生產條件。

　　麥克法蘭設想了一個全新的氨合成方法：直接在電化學電池中制氨，無需氫參與。但多年實驗證明，這是個很難破解的技術難關。與哈伯-博世工藝工廠不同，電化學電池系統不大，易于開啟和停止。麥克法蘭說，一個海運集裝箱大小的系統就可以產生大量綠氨。法里亞認為，這更適于偏遠城鎮或風力豐富的島嶼。這些地方的燃料進口成本高昂，化肥也很昂貴。不過，許多化學家懷疑這一方法是否經濟、短期內能否實現。

　　一旦綠氨制造出來，還需要改造使用系統——內燃機燃燒氨為船舶提供動力或驅動發電廠的渦輪機。不過，這并不是一項新技術。氨燃料內燃機19世紀就已經存在并在二戰期間短暫流行，因為當時石油短缺。但事實證明，還是化石燃料既便宜又更容易使用。

　　氨燃燒速度慢，比化石燃料更難點燃。大多數氨發動機需要先注入一定量的柴油或氫氣才能啟動。如果發動機泄漏未燃燒的氨，會有毒。氨發動機往往會產生氮氧化物，這也是一種強大的溫室氣體。不過，利用催化轉化器可以解決這個問題。

　　包括德國船用發動機制造商曼恩集團和瑞士WinGD發動機設計公司在內的主要發動機制造商正在開發氨燃料發動機和套件，將舊發動機改造為用氨燃料。預計首批產品將于2024年用于船上。明尼蘇達大學近期推出了氨動力發動機技術商業化系統。

　　電力生產公司也在開發利用氨發電的渦輪機。用電來制氫，然后制氨，運輸氨，再將其轉化為電。這可能看起來很瘋狂。因為與電池98%的效率相比，這一循環最終只能獲得20%～30%的電力。不過，輕松儲存和運輸的好處超過了能量損失問題。

　　無論未來朝哪個方向發展，觀察家都預計綠氨市場將迅速升溫。盡管氨不是最佳方案，根據國際能源署研究，綠氨將與生物燃料和氫一起，為實現凈零排放發揮重要作用。法里亞表示，隨著碳價上漲，綠氨可能是液體燃料未來的王者。