摘要：能源情报请来了一位航运领域资深人士，分享IMO《全球航运净零框架》博弈背后的利益诉求，以及带来的绿色燃料的市场机遇。让你深入了解绿色燃料和航运减排的联动关系，抓住各类绿色燃料市场爆发的机会。
能源情报请来了一位航运领域资深人士，分享IMO《全球航运净零框架》博弈背后的利益诉求，以及带来的绿色燃料的市场机遇。让你深入了解绿色燃料和航运减排的联动关系，抓住各类绿色燃料市场爆发的机会。
分享人：盛苏建
航运和能源领域资深人士，航运和能源从业37年，致力于清洁能源船舶和LNG水上产业链(LNGC、LNG动力船和加注、FSRU、FLNG) 研究和应用。获得荣誉：中国航海学会科技进步一等奖，中国造船工程学会科 技进步二等奖，上海市科技进步三等奖，天津市科技进步二等奖等。
甲类远洋轮机长资历，海上油气储运专业高级工程师，曾任国家能源LNG海上储运装备重点实验室技术委员，中国工程院重大工程项目咨询专家组成员，工信部高技术船舶科研项目评审专家，亚太经合组织（APEC）基金项目“绿色航运-LNG燃料动力”中国专家。
文/田佳鑫 陈伟 孙会东 孙克乙 吕清龙，中国石油规划总院，石油炼制与化工
甲醇是重要的化学原料，可以用于制造烯烃、汽油、生物柴油和燃料添加剂等，在化学工业中有着广泛的用途。传统甲醇合成依赖化石燃料，而利用可再生能源生产的甲醇为“绿色甲醇”。
国际海事组织（ＩＭＯ）与国际航运工会（ＩＣＳ）制定了２０５０年航运业的减排目标，实现航运业减排脱碳目标最有效的途径是减少化石燃料使用，转而使用低碳、“零碳”排放的绿色能源作为船用燃料。与油基船用燃料相比，使用甲醇燃料可减少碳排放１０％～１５％，绿醇则被视为“零碳”排放燃料，是一种有法规支持、技术成熟、安全清洁、即时可用的首选船用脱碳燃料。此外，甲醇也是一种高效的氢能载体，利用可再生能源制氢提供氢源合成绿醇，可实现氢能的稳定存储及输送。因此，发展绿醇对于减排脱碳、支撑氢能产业、保障能源安全等方面具有重要意义。
基于此，综述绿醇技术路线和发展现状，分析绿醇的发展机会和所面临的挑战，进而提出对我国绿色甲醇的发展建议，为后续研究的开展提供支撑。
１绿醇技术路线及发展现状
绿色甲醇可分为电制甲醇和生物甲醇。其中，利用太阳能、风能等可再生能源获得绿色电力，电解水制绿氢，再由绿氢和生物质（或直接空气捕集）二氧化碳转化生产的甲醇称为“电制甲醇”；而利用林业和农业废弃物、沼气、制浆造纸业的黑液等生物质原料生产的甲醇被称为“生物甲醇”。
在国内企业布局建设的绿醇项目中，将来源于工业尾气中的二氧化碳与绿氢合成的甲醇称为“低碳甲醇”。由于目前烟气等工业二氧化碳排放在短期内无法阻断，而烟气捕集和直接空气捕获二氧化碳在碳减排效果上等同，因此，不可再生的二氧化碳与绿氢合成的“低碳甲醇”也暂被考虑为“绿醇”。
１.１电制甲醇
电制甲醇是利用可再生电力电解水制绿氢，再以捕集的绿色二氧化碳为原料，通过二氧化碳加氢制取甲醇。二氧化碳直接加氢制甲醇工艺路线中，甲醇可由二氧化碳与氢气直接合成，也可以通过逆水煤气变换产生的合成气合成。二氧化碳间接加氢制甲醇是指使用容易获得的二氧化碳衍生物在相对温和的反应条件下利用合适的催化剂将二氧化碳衍生物有效转化为甲醇。
二氧化碳和电解水制氢催化合成绿色甲醇工艺已经规模化应用，关键技术参数如表１所示。目前规模化应用的工艺主要为在铜/锌基多相催化剂上利用二氧化碳直接加氢制甲醇工艺。
１.２生物甲醇
生物甲醇的制备方法主要有两种途径：①将生物质原料进行预处理后，通过热解气化，产生含有一氧化碳、二氧化碳、氢气的合成气，再利用催化剂合成生物甲醇；②将生物质厌氧发酵产生的沼气直接重整或将其中的二氧化碳分离进行加氢重整合成生物甲醇。
１.２.１生物质气化技术
生物质气化技术是在一定热力学条件下，将生物质固体原料转化为混合气体（合成气、焦炭）的热分解方式，也是生物质转化为高质量合成气最有前景的技术之一。其中，气体产物（主要包括ＣＯ，Ｈ２，ＣＨ４，ＣＯ２）主要应用于合成气、氢气、醇醚类等高品位液体燃料。生物质气化制备绿醇的关键技术包括生物质预处理、热解气化、气体净化、气体重整、甲醇合成及分离提纯等。
１.２.２沼气制甲醇
沼气主要由甲烷和少量的二氧化碳组成，沼气制甲醇的工艺是将沼气中的甲烷通过催化反应转化为甲醇，包括以下３个步骤：①沼气净化：将沼气中的杂质去除，以保证后续反应的高效进行。一般来说，沼气中的水分、硫化氢等杂质需要进行去除。②沼气转化：将净化后的沼气送入反应器中，与催化剂接触反应。催化剂可以选择铜、锌等金属催化剂，也可以选择复合催化剂。在适当的温度和压力下，甲烷可在催化剂作用下发生反应，生成甲醇。③甲醇分离：将反应器中生成的甲醇进行分离，得到纯度较高的甲醇产品。分离过程一般采用蒸馏、吸附等方法。
１.３技术路线分析
从经济性的角度看，绿醇的生产成本主要包括氢气、二氧化碳的原料成本以及甲醇的合成成本等。在电制甲醇中，基于电价０．３元/（ｋＷ·ｈ）估算，其总生产成本为４５００～７３００元/ｔ，原料成本组成见表２。
电解水制氢中电力成本占制氢成本的８０％左右，每生产１ｔ绿氢成本仍高达２００００元以上；从空气中直接捕获二氧化碳（ＤＡＣ）也需消耗大量电能，目前每吨成本高达２０００元以上；生物质来源的二氧化碳成本相对较低，约为１４５元/ｔ；根据测算，每合成１ｔ甲醇花费约３６０元。在生物甲醇中，沼气/生物天然气制甲醇的生产成本约为３０００元/ｔ，生物质气化路线成本约为４０００元/ｔ，其中原料成本占比约６０％。因此，在经济成本上，生物甲醇具有一定竞争优势。
从技术成熟度的角度看，在电制甲醇路线中，使用氢气和二氧化碳合成甲醇基本不受技术上的限制，这是由于传统化石燃料来源的氢气和二氧化碳合成甲醇工艺已经足够成熟。以风、光发电为代表的绿电技术与以碱性电解水、质子交换膜电解水为代表的制氢技术也较为成熟，已经实现了规模化的产业应用；空气直接捕集二氧化碳技术虽然在短期内难以满足规模化电制甲醇的需求，但对中长期降本来说是存在一定预期的，有助于电制甲醇技术的发展。
而对于生物甲醇路线，生物质气化技术相比于沼气制甲醇技术略成熟，是生物甲醇未来发展中最为关键的技术。尽管全球已有近百套木质纤维类生物质气化设备，但这些设备多数仍处于试验示范阶段，尚未达到大规模商业化应用阶段。目前规模化生产仍面临一些技术难题限制了其应用，一方面是生物质利用环节，如生物质原料的能量密度低、预处理难度大、储存物流难度大等；另一方面是生物质气化工艺，气化炉的设计、焦油含量高、燃气净化、焦油去除等问题有待进一步解决。
从环境效益的角度看，根据全球甲醇协会甲醇研究所发表的《甲醇碳足迹报告２０２２》，煤制甲醇全生命周期每吨甲醇碳排放为５．８５ｔ（以二氧化碳计，下同），天然气制甲醇中每吨甲醇碳排放为１．８５ｔ。而利用绿氢和可再生二氧化碳生产的绿色甲醇，其全生命周期每吨甲醇碳排放仅０．０８～０．２ｔ，较煤制甲醇减少９６％～９９％的碳排放。此外，通过对工业尾气进行碳捕集利用合成的“低碳甲醇”也可额外消纳二氧化碳。因此发展绿醇是实现甲醇产业低碳转型的有效途径。
综上所述，生物甲醇目前由于技术问题难以规模化应用，生产成本下降空间受限，但生物质原料存在一定的成本优势，与“电解水制氢＋直接空气捕集二氧化碳”合成甲醇方法相比，生物质气化或者沼气制甲醇两种途径下合成成本均会大大降低。电制甲醇目前生产成本较高，主要依赖电价，但技术更加成熟，在规模化生产方面具有更大的潜力。随着清洁电力成本的下降和电解水制氢技术的不断进步，电制甲醇的成本有望进一步降低，成为未来绿色甲醇生产的主流方式。
１.４国内外产业发展情况
随着全球能源转型和碳中和行动的推进，国内外正积极布局和建设绿醇项目。部分海外企业绿醇项目建设情况见表３，部分中国企业绿醇项目建设情况见表４。全球第一个绿醇项目由冰岛碳循环国际公司（ＣＲＩ）实施，该公司开发的ＥＴＬ技术从地热伴生气中捕集二氧化碳，由地热能产生的电力电解水得到氢气，在此基础上合成甲醇。首套装置于２０１２年在冰岛投产，初期甲醇产能为１３００ｔ/ａ，２０１５年通过技术改造升级，将甲醇产能扩展到４０００ｔ/ａ。
ＥＴＬ技术已在我国成功进行转化。２０２２年９月，河南安阳顺利环保科技有限公司０．１１Ｍｔ/ａ低碳甲醇装置是全球规模最大的二氧化碳加氢制甲醇工业化生产装置，也是我国首套大规模成功利用二氧化碳的装置。２０２３年９月２５日，在江苏连云港斯尔邦石化和冰岛碳循环国际公司共建的０．１０Ｍｔ/ａ二氧化碳制低碳甲醇装置投产。
２０２０年１０月１５日，中国科学院大连化学物理研究所、兰州新区石化产业投资集团有限公司和华陆工程科技有限责任公司联合开发的千吨级“液态阳光”示范项目在甘肃省兰州新区成功运行，成为全球首个液态阳光甲醇合成工业示范项目。该项目利用大规模太阳能发电，进而电解水产氢，二氧化碳来源于合成氨驰放气，再利用氢气与二氧化碳反应生成绿醇。目前，采用该技术的中煤鄂尔多斯能源化工有限公司０．１０Ｍｔ/ａ甲醇“液态阳光”工业化生产项目正在推进。
目前，国内生物甲醇项目正处于项目示范和推进阶段。２０２４年５月８日，中国能建中电工程顾问集团有限公司与黑龙江省双鸭山市人民政府签约了生物质绿色甲醇与绿色航油一体化项目，规划建设年产百万吨级绿色甲醇及绿色航油装置，预计每年可直接实现碳减排１．２０Ｍｔ，年消耗生物质秸秆减少０．８Ｍｔ。
２绿醇发展机会与挑战
２.１生物甲醇与电制甲醇耦合可作为降低绿醇生产成本的有效策略
绿电制甲醇成本主要依赖电价，与煤制甲醇相比在价格上无明显竞争优势。传统煤制甲醇生产成本约为２５００元/ｔ，其中原料煤和燃料煤的成本占总生产成本的７０％～８０％，煤炭价格走势对甲醇成本的影响非常明显。当煤价低于１０００元/ｔ时，煤制甲醇成本优势明显；当煤价为１０００～１５００元/ｔ、绿电价格为０．１～０．２元/（ｋＷ·ｈ）时，绿醇生产成本才与煤制甲醇比较接近。
生物质气化技术可提供较为廉价的碳源，因此从技术路线上降低了绿醇生产成本，可将生物甲醇与电制甲醇耦合，即把绿氢、绿氧资源介入到生物甲醇的工艺中，取代生物质气化流程中的空气分离、变换等工艺。具体而言，将电解水产生的绿氧供生物质气化炉使用，将一定比例的绿氢与生物质气化产生的合成气混合，调节氢碳比例，进而合成甲醇；同时，生物质气化过程中会不可避免地产生二氧化碳，通过收集这些生物质来源的可再生二氧化碳并与绿氢结合，可再次生产绿醇。这一策略不仅实现了生物质气化过程的零碳排放，还最大化利用了生物质碳源与绿电资源多产甲醇。而未来随着生物质气化技术的进一步发展和成熟，预计绿醇的生产成本将逐步降低，有利于增强其在甲醇市场的竞争力。
２.２生物质碳源制备技术需进一步攻关并做产业化推广
高效利用生物质二氧化碳是降低绿醇生产成本、扩大绿醇市场占有率的重要途径。在生物质来源方面，农业废弃物是最优选择。我国每年农业废弃物产出量超过４Ｇｔ，然而利用率却不足３０％，秸秆能源利用率相对较低，而木质纤维类生物质如灌木平茬物和防护林/绿化修剪物的能源利用率更低，大量废弃物未被有效利用，对环境造成不利影响。我国作为农业大国，秸秆资源产量巨大，主要集中在华东、华中和东北地区，目前秸秆以肥料化利用为主，高值化利用率有待进一步提高。
生物质原料来源广泛，但资源化利用面临以下技术难题：①原料的收集与储存。农业废弃物分布广泛但分散，收集和运输成本较高，且储存过程中易发生腐烂和污染，影响后续利用。②较低的转化效率。尽管秸秆、林木修剪残余等含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，但目前的转化率不高，难以充分提取和利用这些成分。因此，生物质资源的高效回收利用技术有待优化。如果以上技术问题得到改善，生物质碳源及生物甲醇的生产成本将会大幅下降，从而形成绿醇在价格上的竞争优势。
２.３相关政策措施激励下绿醇产业发展前景广阔
除了在生产技术上寻求创新与突破，政策支持和市场激励也是推动绿色甲醇发展的关键因素。在绿色低碳转型的背景下，各国政府都在积极布局相关规划，推动绿色低碳产品技术的发展与应用。相关政策措施的出台也为绿醇的生产和应用提供了有力的支持和保障。
航运业是绿醇助力碳减排的主要应用领域。自２０２４年１月１日起，航运业正式纳入欧盟碳排放交易体系；国际海事组织也明确提出了国际航运业的减排目标。甲醇作为传统船用燃料的最佳替代品，不仅能够减少碳排放量，还可避免ＳＯx、ＮＯx和颗粒物等污染物的大量排放。２０２３年９月，我国《船用甲醇燃料》团体标准正式实施，为甲醇燃料在船舶应用提供技术支持与标准保障。而绿醇则是助力航运燃料绿色转型的首选“零碳燃料”。２０２３年１２月，国家发展和改革委员会发布《产业结构调整指导目录（２０２４年本）》，将“电解水制氢和二氧化碳催化合成绿色甲醇”纳入新能源鼓励类产业。
虽然目前绿醇生产成本仍高于化石来源的甲醇，但我国绿醇生产企业可以通过参与碳排放权交易市场获得额外的收益。经过中国经济研究中心核证后，企业可以将碳信用额在碳市场上进行交易，从而获得经济上的回报，这将进一步激励企业加大对绿色低碳技术的投入，加速绿醇产业的发展。
我国目前甲醇燃料船尚处在起步阶段，相关具体政策和投资还需要进一步完善。２０２２年，中国船舶集团已顺利完成旗下广船国际有限公司自主研发设计建造的３艘４９．９ｋｔ甲醇双燃料船的甲醇燃料加注工作，累计加注甲醇燃料２４０ｔ，实现国内甲醇燃料船加注零突破。２０２４年１月，广船国际有限公司建造完成了我国第一型甲醇双燃料油船项目６艘船中的收官之作，这标志着我国在甲醇燃料船领域取得了重要进展。在未来，随着政策支持的加强和碳交易市场的不断完善，绿醇产业将迎来前所未有的发展机遇。
３我国绿色甲醇发展建议
３.１整合资源优势，引领绿电绿氢与绿醇产业的可持续发展
我国西北部地区拥有丰富的太阳能和陆上风能资源，可提供充足的绿色电力；在沿海地区，海上风能资源同样丰富，也是绿色电力的重要来源；华东、华中和东北地区的农业秸秆以及新疆地区的棉花杆、芦苇杆等生物质资源也非常丰富。因此，在全国范围内生物甲醇与电制甲醇耦合的工艺路线极具发展潜力。在生物质资源丰富且绿电成本高的地区，宜采用全生物质气化技术生产绿醇；在生物质和风能光能资源均较为丰富的地区，宜优先发展生物质气化与绿电绿氢耦合技术，以实现资源利用合理化、绿醇产能最大化和成本最优化。
此外，生物质原料作为低价值产品，其运输成本在总成本中占比较大，应合理规划绿醇项目的规模，以确保在经济的运输范围内能够稳定、充分地获取生物质原料。企业应充分发挥技术研发优势与市场推广优势，提供技术服务及商业化应用支持与保障，打通绿醇从生产、认证到销售的全过程，拓展绿醇市场与销售渠道。
３.２立足区位优势，创新开展示范项目，促进碳捕集利用技术协同发展
在绿电资源丰富的西北和沿海地区，工业园区可提供低成本的二氧化碳资源用于合成“低碳甲醇”。目前我国碳排放来源中煤炭行业排放量最高，为８．２５Ｇｔ，占比７２％；其次是石油行业，排放量为１．５Ｇｔ，占比１３％。２０２３年度中国石油社会责任报告指出，中国石油温室气体排放总量为１８８Ｍｔ，其中炼化业务碳排放占比约为６０％；以中国石油天然气集团公司炼化企业为例，从区位上看，大部分炼油厂捕集到的二氧化碳除供附近油田驱油外仍有富余。
我国各大企业纷纷开展碳捕集、利用与封存（ＣＣＵＳ）技术研发和产业规划布局，随着二氧化碳捕集技术的进步以及ＣＣＵＳ项目陆续落地建设，二氧化碳捕集出厂价格有望控制在３００元/ｔ以内。而现阶段，工业二氧化碳的捕集也是我国实现“双碳”目标的关键，可重点发展以烟气捕集二氧化碳与绿氢为原料的“低碳甲醇”，作为碳捕集与利用的一种重要途径；后续阶段，逐步考虑利用生物源二氧化碳的可能性。
３.３将绿醇供应于国际航行船舶加注，逐步替代出口船用燃料，抢占并扩大绿色船用燃料领域的市场份额
目前国际上新建船舶订单中对甲醇的关注度越来越高，多以双燃料为主。２０２３年３月，梅赛尼斯公司使用生物甲醇燃料完成了首次跨越大西洋的净零排放航行，展示了甲醇船用燃料作为实现航运业减排的可行路径；马士基集团签署商业可行、０．５Ｍｔ/ａ的长期绿色甲醇采购协议，支持首批１２艘大型甲醇双动力船舶实现低碳运营，预计２０２６年实现首产；印度正在制定甲醇燃料的掺混标准，并在船舶燃料领域进行试点。
未来国内外甲醇船用燃料应用逐步成熟，将进一步拉动甲醇消费市场。截至２０２３年１０月，２０２３年全球甲醇燃料运输船新船订单已达到１２０艘，远远超出２０２２年全年４７艘的纪录。２０２４年上半年中国炼油厂保税低硫船用燃料产量为７．８００３Ｍｔ，同比增长７．０４％，考虑基于现有市场资源，开展甲醇燃料加注作业的船用燃料供应，将生产的绿醇与出口船用燃料供应给配备甲醇双燃料驱动系统的船舶，以满足国际市场对清洁、高效燃料的需求，占据和扩大绿色船用燃料领域的市场份额，提升国际竞争力。
来源：中国国际石油化工大会一点号