近百年间，哈勃法（H-B法）作为制氨技术一直沿用至今，即氢气和氮气在铁系催化剂作用下合成氨[图1(a)]。氢气主要来自于煤气化和天然气蒸汽重整，该途径将副产CO₂。氮气主要通过空气的低温分离来实现，该途径将副产氧气。而针对氧气和CO₂应用，前者主要用于煤或石油的气化制氢，后者则主要用于生产尿素，剩余部分排放。在中国，统观合成氨途径，90%以上来自于煤制氨，副产的CO₂排放量大，属高能耗、高排放产业。随着光伏风电技术推进、绿电价格下调及国家低碳政策的引导，电解水制氢代替化石能源制氢将具备市场可行性，在此趋势的影响下，合成氨除保有核心路径不变以外，其氢源从以化石能源和水为原料[图1(b)]，转向仅以水为原料供氢；其流程从副产大量CO₂排放和需O₂气化煤制氢，转向水制氢副产大量O₂。

随着电氨时代的到来，电通过反应介质直接制氨新技术也随之到来[图1(c)]，如利用金属锂在常温下与N₂反应生产氮化锂，然后与H₂O反应生产NH₃和LiOH，LiOH再利用电化学还原成金属Li从而实现锂的循环。这类技术尽管仍是从水中取氢，但反应机理与技术颠覆了传统的H-B法制氨。

氢气产业是以氢为化学品定位，而非能源定位，与氢能汽车中的氢定位有本质区别。世界上四大氢气产业链主要包括钢铁、合成氨、甲醇和炼化。钢铁主要以天然气为原料制氢生产气基还原铁，印度与伊朗为主要生产国，2021年还原铁产量都在3000万吨/年以上，折氢约150万吨/年。合成氨用于化肥，主要的农业大国包括中国、美国、印度、俄罗斯及乌克兰等，2021年中国合成氨产量约为5200万吨，产能约6800万吨，是唯一折氢超1000万吨/年的国家。世界上甲醇用氢主要是天然气制氢生产甲醇，中国主要是煤制甲醇，2021年产量达6782万吨，甲醇产能9690万吨稳居世界第一，也是世界上唯一折氢超1000万吨的国家。炼化用氢美国第一，中国第二，2021年中国炼化用氢约800万吨/年。综合用氢总量，中国每年约3300万吨/年，排世界第一，美国1300万吨/年，印度690万吨/年，德国200万吨/年。特别指出，中国钢铁耗氢基数很小，几乎可忽略不计，导致中国钢铁产业脱碳压力排在传统行业的首位。

在电氢时代中，氢为二次能源定位，而不是目前的化学品定位，氢能汽车的氢是能源定位，其商业价值体现在电氢时代，很显然氢能汽车中的氢产业链相对目前是战略新兴产业。

传统化石能源制氨产业将面临颠覆性转型，特别是煤头合成氨企业。中国东中部企业将面临抉择，尤其是当国家能源双控转为碳双控，而政策出台之日也将是倒计时之时。化石能源与水制氢产氨工艺转向绿电电解水制氢产氨工艺，将带来合成氨产业的投资重点发生转移。光伏风电及电解水投资将占主导，而氨合成投资占比将大幅下降，新建的氨合成工厂将从政府的煤指标控制转向光伏风电指标的博弈及水资源的限制。氨合成工厂将从CO₂排放挑战转向土地、氧排放和蒸汽消纳挑战，因为光伏风电需占用大量土地空间，属地方政府主导。

电解水制氢将副产大量氧，比例约为1吨氢副产8吨氧。氨合成应用的氮气不管是空分还是PSA技术从空气中提N₂，也将副产大量的O₂，其N₂与O₂体积比约为4∶1。氨合成属放热反应，电解水产氢的氨合成将副产大量蒸汽有待消纳，充分利用副产氧气和蒸汽是对新工艺路线的挑战，若不考虑综合统筹，难以实现经济效益。除此之外，氨的运输问题也将成为新工艺路径的挑战之一。由于液氨隶属危化品，主要以汽车运输，除生产尿素外，氨的消纳将受运输限制导致生产规模受限。如目前传统煤头合成氨30万吨/年的规模，若不用于尿素生产，每天将有1000吨液氨需运出工厂，如无妥善规划，则其危险性难以预估。

若以工业化视角看国家发展，基本过程为从合成氨化肥到能源钢铁水泥材料，再到石油化工等重化工阶段，然后工业化完成导致生产过剩，而后实施供给侧改革，进行产业低碳化及乡村振兴。回顾中国近四十年发展史，从二十世纪七八十年代的千余家煤原料的氨水厂，至引进13套合成氨尿素逐步推进的大化肥，从而解决了中国人口粮食问题。随后改革开放，大力发展能源钢铁水泥产业与重化工。后续将进入低碳发展、乡村振兴和“一带一路”阶段。由于目前西方国家占据话语权，以气候变化及产业低碳化等道德约束方式，封堵中国以煤为原料帮助“一带一路”发展中国家，如中亚和非洲以煤生产合成氨尿素的低成本路径。但中国必须经过帮助欠发达国家以合成氨化肥促农业发展的这一过程，而低成本原料将成为其中最大挑战。

以水制氢生产氨，将使氨合成产业脱碳获得新的发展空间，如用作燃料代船燃、用于储能功能代煤油气发电等。中国西部的传统合成氨产业将受益。相比于东中部的合成氨工厂易于利用绿电转型脱碳，中国西部五省光伏风电资源丰富，绿电电解水制氢代煤，副产氧代空分，可实现大幅节能降碳，使得绿电与煤制氨耦合更有效地节能减排。

西部五省的传统煤发电厂将获得转型路径。绿电电解水制氢与发电厂烟气中N₂合成氨，与烟气中回收的CO₂也可生产尿素。电解水副产氧可代空分用于煤电厂，副产蒸汽用于发电，白天生产绿氨用于储能，晚间也可用于发电调峰。电解水制氢产氨工艺相当于传统煤电厂的尾气处理装置，把煤电厂的烟气用于生产氨储能以及生产尿素。平衡发电厂空气用量与电解水制氢产氨产量，或可实现部分煤电机组的烟气零排放。中国西部的油气田将找到绿电消纳渠道，与地下的油气田设施相配合，地下生产油气，地上生产绿电，同时电解水生产氢与氧消纳绿电。在平衡化学品氢的情况下，与油气田排放的烟气中的N₂和CO₂合成氨与尿素，定位于油气田绿电消纳和CO₂减排的兜底产业和工具。生产的氨代重油可用于船燃，成为地上生产的绿色石油，实现传统油气田地下产油气、地上产氢和氨新场景。

在中国东部众多化工园区，随着国家“2030年碳达峰、2060年碳中和”（30·60）战略的推进，化工园区气体岛低碳化迎来机遇，以绿电电解水技术为龙头，开发低碳气体岛，供H₂、O₂、CO₂、CO和N₂等气体将带来市场机遇。随着光伏技术的进步和绿电市场的饱和，物理光伏必将向化工光伏转型。光伏风电场将面临绿电消纳的困境，用电解水制氢产氨可被视为大量消纳手段及产业链。光伏风电厂有朝一日将成为氨合成的原料车间，电解水制氢生产绿氨技术提供了低碳低成本生产合成氨化肥的解决方案，氨合成将进入电氢时代，氨将从化学品定位转向储能和专属储能燃料定位。应用场景不仅仅以化肥为主，也将扩展到船舶燃料、煤电厂储能与减碳。

颠覆产业是政府政策与市场双促进的产物，特别是新能源行业，因受地域空间影响，政府主导参与度更高。随着中国新能源布局第一阶段的开展，西部光伏风电→特高压→东部新能源汽车的推进，东部绿电消纳接近顶峰时，中国政府引导光伏风电进一步生产的政策将有可能改变。

按中国30·60战略预判，中国继上述阶段后将进入促进传统产业的脱碳阶段。对传统产业进行再电气化，目标产业是钢铁，炼化，煤化工如合成氨、甲醇，建材水泥等。在上述传统产业中，只有合成氨与绿电结合不需特别的原料和矿产，只需空气和水资源即可。若中国政府把西部无水地区的光伏风电通过特高压输往东部，有水地区的光伏风电所获得的绿电用于电解水制氢生产绿氨，也不失为一种战略选择。在上述场景下，政府可通过调控电价，如免收各种税费使绿电电解水生产绿氨具备经济性，从而取代传统的煤生产合成氨而实现减碳。