徐慧貞，閔劍

（國投生物科技投資有限公司，北京 100034）

1 綠色甲醇應(yīng)用新場景

甲醇是全球性大宗商品，消費量從2017年的8 843萬噸增長到2022年的1.11億噸[1]，年均增長4.65%。在成熟大宗能源、化學(xué)品領(lǐng)域?qū)儆谄椒€(wěn)增長的產(chǎn)品。

在全球碳減排的大背景下，隨著歐洲碳約束政策逐步執(zhí)行和技術(shù)進步，綠色甲醇作為一種碳排放更少、使用更經(jīng)濟的綠色燃料日益受到關(guān)注，有望給全球甲醇產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展空間[2]。

綠色甲醇產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展初期，技術(shù)路線發(fā)展多樣，全球各地投資者都在積極進行工業(yè)化嘗試。目前綠色甲醇的生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)量相對較低，但隨著相關(guān)政策出臺和技術(shù)進步，綠色甲醇有望通過產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，逐漸形成低成本、碳排少等競爭優(yōu)勢，占據(jù)能源市場的更大份額。

一些難以實現(xiàn)溫室氣體減排的領(lǐng)域需要低碳燃料。海運領(lǐng)域，綠色甲醇是一種具有較強競爭力的替代燃料，海運部門一直保持對綠色甲醇的興趣。未來船舶清潔能源將呈現(xiàn)多元化發(fā)展，一段時期內(nèi)將是以燃料油為主，LNG、甲醇為輔，其他清潔能源逐步發(fā)展應(yīng)用的格局。甲醇中氫的質(zhì)量含量高達12.5%，是理想的氫能載體[3]。以綠色甲醇為載體進行氫能輸送，是實現(xiàn)綠色氫能利用的重要環(huán)節(jié)。長期看，甲醇優(yōu)勢大于LNG，其后發(fā)和潛在優(yōu)勢較大[4]。

2 綠色甲醇在海運領(lǐng)域的優(yōu)勢

甲醇在大氣條件下為液體形態(tài)，只需要對現(xiàn)有儲運、加注等基礎(chǔ)設(shè)施進行相對低價和小規(guī)模的改造就很容易通過船舶、管道、卡車和鐵路進行儲存、運輸和分配。

2.1 物理特性優(yōu)勢

從環(huán)境角度來看，甲醇性能優(yōu)異，易溶于水，可快速生物降解，意味著大規(guī)模溢出造成的環(huán)境影響要比同等規(guī)模的溢油事故小很多。因不含硫的特性，甲醇燃燒時幾乎不產(chǎn)生PM和SOX，僅產(chǎn)生少量的NOx。綠色甲醇還可減少CO2排放，是有效實現(xiàn)溫室氣體減排的綠色燃料。此外，甲醇是可用于內(nèi)燃機、混合動力（燃料/電力）系統(tǒng)、燃料電池、渦輪發(fā)動機、爐灶和鍋爐的通用燃料，新造甲醇燃料動力船舶的投資成本與傳統(tǒng)燃料油動力船舶接近，現(xiàn)有船舶也可輕松以適當(dāng)成本過渡至甲醇應(yīng)用，目前有60多艘運行或訂購中的大型船舶使用甲醇提供動力。

2.2 減排優(yōu)勢

海運量在國際貿(mào)易中占80%～90%，全球海運部門每年排放約10億噸溫室氣體，占總排放的3%[5]。海上船舶使用的傳統(tǒng)燃料是化石基船用燃料，硫含量相對較高；溫室氣體和硫化物等的排放是海運行業(yè)需要解決的問題。根據(jù)國際海事組織（IMO）的最新規(guī)定，從2020年1月1日起，在全球排放控制區(qū)（ECA）內(nèi)，船舶燃油含硫量上限從3.5%降至0.5%；而在波羅的海、北海、北美地區(qū)、美國加勒比海等ECA的船舶燃油含硫量上限則更加嚴格至0.1%[6]。作為無硫燃料，甲醇是目前相對較好的選擇。

2.3 各國政府政策支持

甲醇作為遠洋運輸?shù)木G色低碳燃料，已經(jīng)具備全球范圍內(nèi)運營的條件。2019年《甲醇/乙醇燃料船舶安全臨時導(dǎo)則》在國際海事組織貨物與集裝箱運輸分委會（CCC，Carriers Container Council）第6次會議上正式定稿通過。2020年，海上安全委員會（MSC，Maritime Safety Committee）第102屆會議批準了《甲醇/乙醇燃料船舶安全暫行指南》，確立了甲醇或乙醇作為船用燃料應(yīng)用的目標、功能要求和規(guī)定性要求。這兩項標準性質(zhì)的文件推出后，為今后海運部門大規(guī)模使用甲醇燃料提供了保障。

中國交通運輸部海事局早在2020年就委托中國船級社開展甲醇/乙醇燃料動力船舶相關(guān)技術(shù)研究，啟動了醇類船舶技術(shù)法規(guī)的研究和編制工作。2022年6月，中國船級社發(fā)布了《船舶應(yīng)用甲醇/乙醇燃料指南》，替代2017年發(fā)布的《船舶應(yīng)用替代燃料指南》第一篇甲醇/乙醇部分。中國也具備了推廣船用甲醇燃料的條件。

2.4 相關(guān)產(chǎn)業(yè)進展

2015年，Stena Germanica號通過改造成為全世界第一條使用甲醇為燃料的滾裝船舶。2020年，全球最大的甲醇動力遠洋油船公司W(wǎng)aterfront Shipping在現(xiàn)代尾浦造船訂造了8艘甲醇動力船。航運巨頭馬士基也是甲醇燃料船舶的積極推動者，2021年7月敲定全球首艘甲醇燃料集裝箱船訂單，預(yù)計在2023年年中交付。2021年8月，馬士基又簽署了“8＋4”艘甲醇燃料集裝箱船建造合同，其中第一艘船舶將于2024年第一季度投入運營。

2019年9月，國內(nèi)首艘甲醇燃料動力船艇“江龍?zhí)枴毕滤?。該輪自?72噸，發(fā)動機主體是通用船用柴油發(fā)動機，但增加了甲醇和空氣的混合裝置、甲醇控制單元、甲醇燃料供給系統(tǒng)等配件。在雙燃料模式下，“江龍?zhí)枴碧寂欧趴梢詼p少50%～70%[7]。

2022年10月，甲醇動力船舶訂單量超過LNG船[10]。行業(yè)巨頭馬士基12艘甲醇動力集裝箱船將從2023年開始交付，2025年全部下水。中遠海運也訂購了12艘甲醇動力遠洋集裝箱貨運船，目前正在國內(nèi)尋求合格供應(yīng)商，以滿足其2030年100萬噸/年的綠色甲醇需求。此外值得注意的是蕪湖造船廠為東海安和建造的8艘化學(xué)品船、日本常石船廠為嘉吉建造的2艘散貨船、大連造船廠為法國達飛建造的6艘大型集裝箱船等。上述訂單均采用了雙燃料預(yù)留設(shè)計理念，采用甲醇作為燃料，滿足IMO TierⅢ排放標準，未來可改造升級使用清潔能源甲醇燃料運行，既為客戶提供了碳中和解決方案，也反映出船東對未來甲醇燃料市場的信心。船運巨頭率先大量采用綠色甲醇燃料，具有鮮明的示范效應(yīng)。綠色甲醇船用燃料將逐步成為全球性船用燃料。甲醇動力船建造情況見表1。

與此同時，2023年4月中遠海運集團與法國達飛集團、上港集團三方將在包括上海港在內(nèi)的中國主要港口共同合作，為未來的達飛海運、中遠海運雙燃料甲醇船隊采購、供應(yīng)和交付綠色甲醇船用燃料。目前其設(shè)施可以滿足全球甲醇燃料在100多個港口加注和使用[8]。包括羅–羅在內(nèi)的不少發(fā)動機制造商也逐步把甲醇燃料發(fā)動機商業(yè)化，未來3～4年將是甲醇船舶的井噴期。這不僅表達了船東對未來綠色甲醇市場的信心，也向市場釋放了未來政策利好的信號。

全球航運燃料市場體量巨大，每年需求在3億噸左右。在歐洲碳約束政策影響下，綠色甲醇未來可替代相當(dāng)一部分傳統(tǒng)船燃，市場潛力巨大。

3 綠色甲醇技術(shù)路線分析

綠色甲醇主要有三條技術(shù)路線。其中第一條路線主要依靠可再生電力生產(chǎn)甲醇，但是難以解決化學(xué)品中碳的綠色來源，其余兩條生產(chǎn)路線能源與化學(xué)元素均來自于生物質(zhì)，可以最大程度降低對化石碳的依賴。三條技術(shù)路線的比較詳見表2。

表2 三條綠色甲醇技術(shù)路線對比

電解水路線是利用非水可再生能源發(fā)電，再經(jīng)電解水獲得綠氫，與生物質(zhì)來源的CO2或空氣中富集的CO2進行合成反應(yīng)，獲得綠色甲醇。電解水路線生產(chǎn)的綠色甲醇成本很大程度上取決于CO2、氫氣等原材料成本以及電解槽的投資。氫氣的成本主要取決于電力成本，生產(chǎn)一噸綠色甲醇大約需要10～11 MW·h電力，其中大部分用于電解槽（約9～10 MW·h）。可再生CO2的成本取決于其來源，高濃度CO2氣源的成本低于低濃度CO2氣源。雖然使用來自生物乙醇和沼氣的CO2價格較低，但是經(jīng)濟的運輸距離內(nèi)，可與之匹配的可再生電力較少。值得注意的是，根據(jù)歐盟ISCC評價標準，來源于化石能源的CO2不能作為綠色甲醇的原料。因此，國內(nèi)一些采用尾氣中CO2與綠氫合成的甲醇無法獲得歐洲綠色甲醇認證。因此電解水路線生產(chǎn)綠色甲醇的技術(shù)難度較高，成本相比其他技術(shù)路線更高。

生物甲烷路線是以畜禽糞便、城市垃圾為原料，通過厭氧發(fā)酵獲得沼氣（其中甲烷含量在50%左右），再將沼氣提純后走天然氣合成甲醇路線得到綠色甲醇。沼氣路線中沼氣成本是影響綠色甲醇成本的最主要因素。天然氣合成甲醇路線成熟，是國外大多數(shù)工業(yè)化裝置采用的技術(shù)路線。但目前國內(nèi)生物甲烷的商業(yè)化裝置普遍較小，大大制約了該路線的發(fā)展。考慮到沼氣生產(chǎn)設(shè)施投資，相關(guān)污水處理、沼渣處理以及副產(chǎn)品銷售等環(huán)節(jié)均可能造成生產(chǎn)成本上升，且現(xiàn)階段沼氣發(fā)電上網(wǎng)，沼氣經(jīng)提純、液化后以LNG形式出售是比較成熟的沼氣利用方式。如果綠色甲醇對于原料沼氣的收購價格低于以上兩種利用方式，也會在市場化運營過程中遇到成本核算難題。

生物質(zhì)氣化路線是用農(nóng)林固體廢棄物經(jīng)氣化工藝熱解為合成氣再進行甲醇合成。其技術(shù)原理與煤氣化產(chǎn)甲醇路線相近，最大的區(qū)別是原料為生物質(zhì)，在理化性能上與煤炭有一定差異。國內(nèi)一些科研機構(gòu)與技術(shù)公司已在原料適應(yīng)性方面做了加壓固定床、加壓循環(huán)流化床等方面的工業(yè)化嘗試，取得一定經(jīng)驗。短期來看，生物質(zhì)氣化路線具有成本較低、原料來源豐富，容易大型化的優(yōu)點，國外已有這條路線的工業(yè)化裝置，利用生物質(zhì)和廢棄物氣化生產(chǎn)綠色甲醇也是我國大多數(shù)地區(qū)最為經(jīng)濟的途徑，但在國內(nèi)尚沒有成功案例。

通過比較，綠色甲醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程中，生物質(zhì)氣化路線（生物甲烷和生物質(zhì)氣化路線）的技術(shù)相對成熟、項目開發(fā)周期較短，可作為前期技術(shù)路線。電解水路線作為中遠期技術(shù)路線具有較好前景。綠色技術(shù)銀行副總經(jīng)理余峻指出，“目前受綠電價格制約，電制甲醇成本較高，遠期值得期待。生物甲醇具有成本優(yōu)勢，收集規(guī)模及穩(wěn)定性需規(guī)范化發(fā)展，市場潛力巨大?！?/p>

4 綠色甲醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

得益于歐盟碳關(guān)稅的政策干預(yù)措施，綠色甲醇目前在海運領(lǐng)域顯示出巨大的溫室氣體減排市場價值。從全球航運業(yè)對綠色甲醇的需求推斷，IMO認為甲醇有望成為全球第四大航運燃料[9]。預(yù)計到2030年全球每年至少有2 000萬噸的綠色甲醇需求，并且還將持續(xù)上升，占船用燃料的10%左右。

全球有多家歐洲和美國企業(yè)聚焦于綠色甲醇項目投資。權(quán)威機構(gòu)推測到2027年，僅歐洲綠色甲醇產(chǎn)能就有望達到約120萬噸/年。發(fā)達國家中既有或規(guī)劃的綠色生物甲醇生產(chǎn)設(shè)施和技術(shù)供應(yīng)商見表3。

表3 既有或規(guī)劃的綠色生物甲醇生產(chǎn)設(shè)施和技術(shù)供應(yīng)商

中國有14個綠色甲醇項目處于前期研究階段，總預(yù)計產(chǎn)能近450萬噸/年[11]；預(yù)計2030年中國綠色甲醇產(chǎn)能達到600萬噸/年，2040年大約在2 000萬噸/年左右。

綠色甲醇成為全球性主流船運燃料仍需要較長時間，短期內(nèi)有可能以特定區(qū)域應(yīng)用或航線示范為主。但考慮到近期歐洲環(huán)保政策的變化和全球綠色甲醇產(chǎn)能的逐步提高，綠色甲醇逐漸占據(jù)主流船運燃料市場的趨勢正越來越明顯，是值得關(guān)注的新興船運燃料熱點。

5 結(jié)論

從歐盟碳關(guān)稅的實施以及馬士基、中遠海運等主要船東甲醇燃料集裝箱船訂單快速增長的情況看，綠色甲醇將成為一個新興的綠色能源板塊，助力國際海上運輸能源轉(zhuǎn)型。

綠色甲醇的工藝路線有多種，其中生物質(zhì)路線技術(shù)相對成熟，成本低于可再生電力路線，是近期發(fā)展綠色甲醇的經(jīng)濟可接受路線。在一些綠色電力充足且能夠匹配到合適生物質(zhì)資源的地方，也有開發(fā)綠色甲醇項目的可能。