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绿色甲醇会成为下一个大爆发燃料吗?
作者:化小北 来源:煤化工信息网 浏览次数:810次 更新时间:2024-04-18


在当前全球应对气候变化的背景下,绿色甲醇被认为是未来较具潜力的脱碳燃料。

何谓绿色甲醇?全球甲醇行业协会中国区首席代表赵凯指出:“关于绿色甲醇的定义,目前全球并没有明确的说法。我认为,如果能够使用可再生的原料制取甲醇,并且其全生命周期的碳足迹能够做到足够低,就可以称为绿色甲醇。”

在业内看来,绿色甲醇应用领域广阔。在海运领域,绿色甲醇因为不含硫、低氮氧化物,可以替代传统的高碳船用燃料;在道路交通领域,绿色甲醇可与汽油混合或直接用于传统内燃机汽车,也可用于混合动力与燃料电池汽车;在航空领域,绿色甲醇可通过转化为喷气燃料,作为一种可持续航空燃料。

当前,绿色甲醇在海运领域的需求正在显现。“我们迫切需要大量绿色甲醇燃料,2023年已经投运的首艘船舶所需绿色甲醇总量为1万吨,2025年交付18艘大型甲醇船舶后,每年需要绿色甲醇75万吨,到2030年这个需求量将达到500万吨,2040年大概需要2000万吨。”全球航运巨头马士基中国脱碳业务总监卡卡近日公开表示。

据介绍,目前全球范围内的绿色甲醇船舶订单已超过200艘,按此估算,预计到2027年将会新增超600万吨的绿色甲醇燃料需求。

“未来,绿色甲醇将作为燃料及氢载体得到广泛应用,并将持续发挥其化学构成物的作用。”赵凯表示:“我们预测,到2050年,全球甲醇消费量将达到5亿吨,新增市场超过3亿吨。”

以生物质为原料,气化制合成气,进而生产绿色甲醇是能源化工行业的热门课题。

生物质气化制绿色甲醇主要有三种工艺方案:

方案一:完全以生物质气化的合成气为甲醇原料,配置变换单元调整氢碳比,不耦合绿氢。需要配套空分。

方案二:以生物质气化为原料,耦合风光电解水绿氢,取消变换单元,实现生物CO的充分利用。同时使用适应高CO2含量的甲醇合成催化剂,未参与反应的CO2外排。尽管电解水提供大量绿氧,但为确保气化炉稳定运行,稳妥起见,还是应该考虑配套小规模空分。

方案三:在方案二的基础上,另外增加CO2和绿氢合成甲醇单元,实现生物基CO2的完全利用和甲醇产能的最大化。也可以选择增加CO2电催化还原单元或CO2逆水煤气变换(RWGS)单元,将生成的合成气返回甲醇合成单元,以最大化甲醇产能。

燃料来源是关键


尽管未来需求量巨大,但目前已落地的绿色甲醇生产项目并不多,无法满足日益增长的绿色消费需求。这成为业内普遍担忧的问题。

来自全球甲醇协会的数据显示,目前全球绿色甲醇产能仅为80多万吨。2022年统计的绿色甲醇项目超过80个,预计到2027年产能可达800万吨。主要的生产工艺路线包括两种,一种是生物质气化制甲醇,一种是绿电制绿氢后与二氧化碳耦合制取甲醇。

“今年这个数据可能已经翻了一番,但是这个数量可能还是不够,因为实际产量可能会受工厂条件等限制,与产能有一定出入。”赵凯表示。

统计数据显示,目前我国规划布局的绿色甲醇项目近20个,但真正投产、商业化运营的项目仅2个,分别位于河南安阳和江苏连云港,其余项目均暂未开始。另外值得注意的是,当前我国已投产的两个绿色甲醇项目,其二氧化碳均来自捕集的工业尾气,属于化石来源的二氧化碳,因此是否属于真正的绿色甲醇还存争议。

也有业内人士对《中国能源报》记者指出,由于绿色甲醇项目的建设需要投入较大成本,目前许多处于规划中的项目,最终能否真正落地,也存在极大不确定性。

在中国产业发展促进会生物质能产业分会产业研究部主任王乐乐看来,我国生物质制绿色甲醇潜力尚需进一步挖掘。数据显示,2022年,我国各类生物质资源总量约为37亿吨,但能源化利用量约4.61吨,利用率仅约11.8%。


发展前景可期


可喜的是,当前业内对绿色甲醇的发展前景已形成共识,全行业协力合作、推动全产业链加速发展成为可能。

“当前,需要从产业链上下游各环节整体推动产业发展。最好能有一些领先的公司率先布局,产生示范效应。中远海运与其他几家产业链相关公司日前签订的绿色甲醇产业链建设合作备忘录,对加快推动甲醇燃料的发展就具有重要意义。”信德海事绿色航运研究员张晗日前在接受《中国能源报》记者采访时指出,“未来将有更多绿色甲醇项目落地,比如马士基在订造甲醇燃料船前就已和甲醇生产商签订意向协议,中远海运去年开始也在和一些上游公司洽谈,有基本协议后,燃料生产商就能大规模建厂生产。这是一个循序渐进的过程。”

具体到我国,在多位业内人士看来,我国未来发展绿色甲醇潜力巨大。

赵凯指出:“中国是世界最大的甲醇生产国、消费国、进口国、燃料应用国,中国庞大的工程能力、装备能力以及港口基础设施,都为我们发展绿色甲醇提供了非常好的基础条件。”

在生产端,我国具有丰富的风光资源和生物质原料,为生产绿色甲醇提供了较好的资源条件。


风、光新能源均存在无法稳定供电,随机性、波动性大的问题。尽管太阳能和风能的成本在降低,但能源转型的核心问题仍在于储能,不仅要短期储能,还要长时储能技术。本文系盘古智库学术委员会副主任委员、澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科演讲内容。


绿色甲醇,是碳达峰碳中和国家战略下,实现风光等可再生能源长时储能的载体。既可作为载氢体,解决氢能储运问题,推动氢能源发展,也可作为可再生油品,替代石油,实现液体燃料的清洁化及可再生。由此构建的“绿色低碳能源体系”,新增管道输送的可再生能源储运方式,极大的增加可再生能源消纳能力,且促进电动车、燃料电池、分布式能源热电联供等消费端系统的清洁化、低碳化、可再生化。因此,绿色甲醇经济,可替代煤炭石油经济,促进碳达峰碳中和实现的同时,降低中国的石油进口率,提高液体燃料的能源自给率,保障中国的能源安全。

能源转型的核心问题是储能

中国每年高达103亿吨的二氧化碳排放量,以及人均7.4吨的碳排放,使得能源转型和碳中和成为当务之急。能源转型的核心问题在于解决风能、太阳能、电动车和氢能等方面的挑战。中国光伏每年发电小时数因地而异,大约在1100小时到2000多小时左右,能够超过2000多小时的区域不多,全国平均发电小时数大约在1450-1750小时左右;风电每年发电的时间比太阳能略微长一点,大约2000小时左右。两者均存在无法稳定供电,随机性、波动性大的问题。尽管太阳能和风能的成本在降低,但能源转型的核心问题仍在于储能,不仅要短期储能,还要长时储能技术。

液体是最佳的能源载体,储能除电池以外,还要把太阳能、风能转成液体储存下来。为什么是液体?一是体积能量密度最高,二是液体在陆上可以管路输送、海上可以非常便宜的跨海输送, 而且可以长期储存。
刘科院士就中国在能源转型和碳中和方面所面临的挑战提出了一种基于绿色甲醇的能源储存和转化路径。他指出,中国已建成的液体基础设施为实现碳中和提供了切实可行的路径。这一路径的关键在于利用现有的液体基础设施,通过经济高效的方式过渡到新型液体能源,从而降低能源基础设施的转型成本。
具体而言,将风能和太阳能转化为绿色甲醇,使其能够在已有的液体基础设施中储存和运输,克服了可再生能源波动性和不稳定性问题,使其能够更加稳定、灵活、便捷地融入已有的液体基础设施体系中,节省资金的同时,有助于其推广。这不仅为解决中国石油短缺问题提供了新的途径,同时也是实现碳中和目标的有效手段。
低碳能源系统与甲醇氢能综合发展
刘科院士将碳中和的现实路径概括为以下五种方式:

  1. 通过现有煤化工与可再生能源结合实现低碳能源系统
  2. 利用煤炭领域的碳中和技术——微矿分离技术
  3. 实现光伏与农业的综合发展。
  4. 峰谷电与热储能综合利用。
  5. 基于绿色甲醇氢能的分布式能源热电联供

其中,现有煤化工与可再生能源结合实现低碳能源系统的方式,是通过升级现有的煤制甲醇工艺,实现近零碳排放,同时利用太阳能、风能和核能进行水电解产生绿氢和氧气,采用的合成气不经水汽变换,使得煤制甲醇厂不再排放CO2。继而将甲醇引入交通领域替代传统的汽柴油,并考虑将甲醇水溶液在线制氢发电,用于燃料电池汽车或作为电动车的充电宝。这一举措将显著减少交通运输业的CO2排放,同时在一定程度上解决了中国石油供应不足的问题。
这一方式的独特之处在于太阳能、风能电解水产生的氢气同时满足甲醇制备的需求,且产生的氧气能够应对煤气化制甲醇的要求。结合微矿分离技术,能够以较低成本利用劣质煤和太阳能共同生产甲醇,在碳中和的大背景下保持竞争力。这样一来,中国庞大的太阳能和风能发电潜力得以释放,而通过以甲醇液体形式储存这些能源,为太阳能和风能的大规模发展提供了新思路,从而推动了减碳目标的实现。
此外,基于绿色甲醇氢能的分布式能源热电联供,是用甲醇液体作为太阳能及风能的载体,甲醇和水制氢再发电取代柴油发电机做分布式热电联供,结合屋顶光伏及储热及热泵技术在广大农村取代燃煤,不仅低碳,环保而且可以减碳。甲醇氢能分布式能源可替代一切使用柴油机的场景,并与光伏、风能等不稳定可再生能源形成多能互补。