碳中和目標(biāo)下推動(dòng)綠色甲醇發(fā)展的必要性分析

舒斌，陳建宏，熊健，吳其榮，喻江濤，楊平

（1 重慶遠(yuǎn)達(dá)煙氣治理特許經(jīng)營(yíng)有限公司科技分公司，重慶 401122；2 重慶市碳捕集與利用技術(shù)創(chuàng)新中心，重慶 401122）

國(guó)際能源署（IEA） 和全球碳預(yù)算（Global Carbon Budget）數(shù)據(jù)庫(kù)等權(quán)威機(jī)構(gòu)最新數(shù)據(jù)報(bào)道[1-2]指出，2022 年全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量創(chuàng)下歷史新高，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的368億噸，排放量增長(zhǎng)0.9%，其原因是全球化石燃料使用量再次上升。我國(guó)是碳排放大國(guó)，排放量約占世界總排放量的三分之一，《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》文件指出，十三五末，我國(guó)非化石能源消費(fèi)比重達(dá)15.9%、煤炭消費(fèi)比重56.8%。盡管非化石能源占比近年來(lái)呈快速上升趨勢(shì)，但化石燃料的使用當(dāng)前依然占主導(dǎo)，要實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)任務(wù)還很艱巨。

“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)既是我國(guó)體現(xiàn)大國(guó)擔(dān)當(dāng)，又是應(yīng)對(duì)全球氣候變化、進(jìn)行能源革命、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的頂層設(shè)計(jì)。自我國(guó)在2020年9月聯(lián)合國(guó)大會(huì)正式提出該目標(biāo)后，各技術(shù)領(lǐng)域快速響應(yīng)，積極推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和迭代、試點(diǎn)示范、應(yīng)用推廣等。甲醇是重要的大宗基礎(chǔ)化工產(chǎn)品，僅次于乙烯、丙烯和苯，80%以上作為中間原料用于化學(xué)工業(yè)。我國(guó)甲醇產(chǎn)能、產(chǎn)量以及自給率逐年上升，自給率約為90%[3]，據(jù)IHS Markit 報(bào)告，2021 年我國(guó)甲醇產(chǎn)能達(dá)9738.5萬(wàn)噸，約占全球總產(chǎn)能的67%，總產(chǎn)量達(dá)7816.38 萬(wàn)噸，表觀消費(fèi)量約占全球總消費(fèi)量的60%。在我國(guó)甲醇產(chǎn)能結(jié)構(gòu)中[4]，煤制甲醇約占80%、天然氣制甲醇占8%、焦?fàn)t氣制甲醇占12%，甲醇行業(yè)總碳排放接近2億噸/年[5]，而煤制甲醇就占96.6%。另?yè)?jù)測(cè)算，如果采用清潔能源（生物質(zhì)氣化重整、可再生電力等）合成綠色甲醇替代傳統(tǒng)化石能源甲醇，甲醇工業(yè)碳排放將趨近于“零”，降碳效應(yīng)顯著，并可促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)升級(jí)。綜合來(lái)看，發(fā)展綠色甲醇是實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的重要舉措之一。

1 綠色甲醇技術(shù)研究現(xiàn)狀

綠色甲醇定義目前國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際可再生能源署（IRENA）建議按生產(chǎn)原料來(lái)源將甲醇分為綠色、藍(lán)色、灰色和棕色。當(dāng)原料氫氣和二氧化碳來(lái)源均為可再生時(shí)，所合成的甲醇可標(biāo)注為綠色甲醇。根據(jù)全球甲醇協(xié)會(huì)研究報(bào)告，可再生氫氣是指利用可再生能源制取氫氣，可再生二氧化碳是指生物質(zhì)來(lái)源二氧化碳或直接空氣捕獲二氧化碳[4]。事實(shí)上，當(dāng)下刻意強(qiáng)調(diào)二氧化碳來(lái)源意義不大，因?yàn)闊煔獾裙I(yè)二氧化碳排放在短時(shí)間內(nèi)不可能被阻斷，煙氣捕集二氧化碳和直接空氣捕獲二氧化碳在碳減排方面效果等同。因此，本文提出：綠色甲醇指用可再生能源制取的氫氣和二氧化碳（來(lái)自生物質(zhì)重整、空氣捕集、煙氣捕集等均可）合成的甲醇。

1.1 催化劑及合成反應(yīng)塔

甲醇合成氣在催化劑作用下于合成塔內(nèi)生成甲醇。催化劑是合成的關(guān)鍵，目前可用于合成綠色甲醇的催化劑包括Cu 基系催化劑、金屬氧化物催化劑、貴金屬催化劑等，但主要側(cè)重于Cu 基系催化劑的研究。表1 為CO2加氫合成綠色甲醇研究的主要催化劑種類。

表1 CO2加氫制甲醇主要催化劑種類

總的來(lái)看，催化劑的研究側(cè)重于CO2轉(zhuǎn)化率、甲醇選擇性、活性等方面，國(guó)內(nèi)研究尚處于試驗(yàn)、試制、應(yīng)用的早期階段。我國(guó)煤制甲醇工藝用催化劑基本被國(guó)外企業(yè)所壟斷，CO2加氫制綠色甲醇催化劑是在現(xiàn)有CO 加氫制甲醇催化劑的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，掌握相關(guān)技術(shù)的主要供應(yīng)商有丹麥Tops?e、德國(guó)Lurgi、英國(guó)莊信萬(wàn)豐（Johnson Matthey）（其供應(yīng)的催化劑占全球市場(chǎng)份額達(dá)70%以上）等。2020年以來(lái)，國(guó)內(nèi)逐漸才有類似催化劑的生產(chǎn)和應(yīng)用，代表性研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)有中國(guó)科學(xué)院大連化物所（Cu基、ZnO/ZrO2、MoS2）、中國(guó)科學(xué)院上海高研院（Cu基）、國(guó)家能源低碳研究院（Cu基）、西南化工設(shè)計(jì)研究院（Cu基），但總體處于小試或中試狀態(tài)。

與催化劑開(kāi)發(fā)類似，CO2加氫制甲醇合成塔亦基于CO 加氫法制甲醇而開(kāi)發(fā)，合成塔經(jīng)歷了高壓、低壓、中壓階段[21]。低壓法是基于高活性的銅基系催化劑，反應(yīng)溫度低（240～280℃），能在較低的壓力下（4～8MPa）獲得較高的甲醇收率，且選擇性好、副反應(yīng)小、甲醇質(zhì)量高、原材料消耗小。此外，由于壓力低，不僅動(dòng)力消耗比高壓法低很多，工藝設(shè)備的制造也比高壓法容易，投資降低。目前，世界上新建或擴(kuò)建的甲醇裝置幾乎都采用低壓法或中壓法，其中尤以低壓法最多。

CO2加氫制綠色甲醇合成工藝與傳統(tǒng)煤或天然氣制甲醇類似，主要區(qū)別在于原料氣來(lái)源（用CO2代替CO）和對(duì)催化劑性能要求有所不同，合成塔只需適當(dāng)改進(jìn)即可，合成塔按結(jié)構(gòu)型式分為水冷和氣冷兩大類，如圖1和圖2所示。

圖1 某水冷式甲醇合成塔結(jié)構(gòu)圖

圖2 某氣冷式甲醇合成塔結(jié)構(gòu)圖

綜合文獻(xiàn)[22-27]，國(guó)內(nèi)外合成塔代表性設(shè)備商有：德國(guó)Lurgi、英國(guó)Davy、丹麥Tops?e、華東理工大學(xué)、林達(dá)化工等。德國(guó)Lurgi：型式上采用“氣冷+水冷”結(jié)構(gòu)，塔內(nèi)氣流軸向流動(dòng)，合成塔熱利用率高（出口溫度低），副產(chǎn)蒸汽壓力高，CO2轉(zhuǎn)化率較高，副反應(yīng)產(chǎn)物少，催化劑溫區(qū)要求較寬，全球市場(chǎng)份額約20%。英國(guó)Davy：采用低壓法合成，氣流徑向流動(dòng)，副產(chǎn)蒸汽，床溫均勻。催化劑裝填量大，易于裝卸，換熱管配置少，但CO2單程轉(zhuǎn)化率偏低，循環(huán)比偏大，全球市場(chǎng)份額約32%，大型甲醇項(xiàng)目市場(chǎng)份額更大。丹麥Tops?e：塔內(nèi)氣流軸向流動(dòng)，多個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)，容易造成偏流，CO2單程轉(zhuǎn)化率高、催化劑裝填系數(shù)高，但設(shè)備投資較高，全球市場(chǎng)份額約8%，在我國(guó)大甲醇項(xiàng)目應(yīng)用較少。華東理工大學(xué)：塔內(nèi)采用絕熱列管等溫型工藝，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑、原料氣、進(jìn)口溫度適應(yīng)性強(qiáng)，適用于中小型項(xiàng)目，暫無(wú)大型裝置業(yè)績(jī)。林達(dá)化工：具有繞管式反應(yīng)塔、氣冷均溫式反應(yīng)塔，殼側(cè)裝填催化劑，塔內(nèi)換熱效率高，適用于中小型項(xiàng)目，暫無(wú)大型裝置業(yè)績(jī)。

1.2 試點(diǎn)項(xiàng)目情況

CO2加氫制綠色甲醇技術(shù)近年陸續(xù)得到工程試點(diǎn)開(kāi)發(fā)，規(guī)模從千噸級(jí)向萬(wàn)噸級(jí)乃至十萬(wàn)噸級(jí)邁進(jìn)，但總體上仍屬于商業(yè)化早期技術(shù)示范論證，代表性項(xiàng)目簡(jiǎn)述如下[21,28]。

根據(jù)前文對(duì)綠色甲醇的定義，若氫氣來(lái)自電解水、CO2來(lái)自空氣或煙氣捕集則為綠色甲醇，代表性項(xiàng)目如下。①冰島George Olah可再生CO2制甲醇工廠。2011年，國(guó)際碳回收公司（CRI）在冰島開(kāi)辦的首家利用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)地?zé)崮苤凭G色甲醇的現(xiàn)代商業(yè)工廠，2012 年投產(chǎn)，2015 年擴(kuò)建。氫氣來(lái)自地?zé)岚l(fā)電電解水制氫（1200 噸/年）、CO2來(lái)自地?zé)岚樯鷼獠都?600 噸/年），甲醇規(guī)模4000 噸/年。②蘭州石化新區(qū)“液態(tài)陽(yáng)光”二氧化碳加氫制甲醇中試示范工程。由中國(guó)科學(xué)院大連化物所提供技術(shù)，工藝采用10MW光伏+堿性電解水制氫+CO2來(lái)自合成氨工廠尾氣捕集，催化劑采用ZnO-ZrO2氧化物，2020 年10 月15 日投產(chǎn)，甲醇規(guī)模1440t/a；③中煤鄂爾多斯能源化工有限公司10萬(wàn)噸/年液態(tài)陽(yáng)光——CO2加綠氫制甲醇技術(shù)示范項(xiàng)目。CO2來(lái)自氨/尿素工段的碳排放捕集、H2來(lái)自綠電電解水。甲醇規(guī)模10 萬(wàn)噸/年，目前處于可研及設(shè)計(jì)階段；④智利CO2加氫制綠色甲醇試點(diǎn)項(xiàng)目。工藝為風(fēng)力發(fā)電+電解水制氫+直接空氣CO2捕集，甲醇規(guī)模為2022 年一期720 噸/年、2024 年二期4.4 萬(wàn)噸/年、2026年三期44萬(wàn)噸/年。

另一方面，若合成甲醇的原料CO2從煙氣或工業(yè)尾氣中捕集獲得，氫氣采用焦?fàn)t氣、低碳烷烴脫氫、氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫等，一定程度上也可認(rèn)為是低碳甲醇，代表性項(xiàng)目如下：①河南安陽(yáng)CO2加氫制低碳甲醇聯(lián)產(chǎn)LNG項(xiàng)目。CO2來(lái)自胺法碳捕集、H2來(lái)自焦?fàn)t氣，催化劑采用銅基催化劑，2022年9月27 日投產(chǎn)，產(chǎn)能為甲醇11 萬(wàn)噸/年和LNG 7 萬(wàn)噸/年；②江蘇斯?fàn)柊钍?0 萬(wàn)噸二氧化碳制綠色甲醇項(xiàng)目。項(xiàng)目將回收工業(yè)尾氣中約15萬(wàn)噸CO2和4萬(wàn)噸H2，每年生產(chǎn)10萬(wàn)噸甲醇，項(xiàng)目于2022年底在北京簽約。

2 發(fā)展綠色甲醇的必然性分析

2.1 政策驅(qū)動(dòng)

我國(guó)政府近年陸續(xù)出臺(tái)了大力支持甲醇生產(chǎn)及利用的政策文件，為綠色甲醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用指明了方向。2019年3月工信部等八部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于在部分地區(qū)開(kāi)展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，鼓勵(lì)資源綜合利用生產(chǎn)甲醇，探索捕獲二氧化碳制備甲醇工藝技術(shù)及工程化應(yīng)用；2021 年10 月交通運(yùn)輸部印發(fā)《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，提到“積極探索氫燃料、氨燃料、甲醇動(dòng)力船舶應(yīng)用”；2021年11月工信部印發(fā)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》，專欄8 為綠色低碳技術(shù)推廣應(yīng)用工程“二氧化碳耦合制甲醇”技術(shù)；2021 年11 月國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2021年版）》，對(duì)煤制甲醇等重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行了明確的規(guī)定，在嚴(yán)格的能效與碳排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定之下，傳統(tǒng)煤制甲醇落后產(chǎn)能的淘汰將迎來(lái)加速；2022年3月國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合制定《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》，探索開(kāi)展可再生能源制氫在合成甲醇等行業(yè)/替代化石能源的示范；2022 年8 月工信部、科技部等八部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于在部分地區(qū)開(kāi)展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出“按照因地制宜、積極穩(wěn)妥、安全可控的原則，重點(diǎn)在資源稟賦條件較好且具有甲醇汽車運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，加快M100甲醇汽車的應(yīng)用”。一系列的鼓勵(lì)支持政策對(duì)促進(jìn)綠色甲醇發(fā)展將起到極大推動(dòng)作用，也是發(fā)展綠色甲醇的根本保障。

2.2 工藝優(yōu)勢(shì)

因我國(guó)煤炭的資源稟賦及綜合生產(chǎn)成本等因素，煤制甲醇占我國(guó)80%以上產(chǎn)能[4]，本文以煤制甲醇工藝代表傳統(tǒng)甲醇工藝。CO2加氫制綠色甲醇工藝，與傳統(tǒng)煤制甲醇工藝相比具有很大的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，工藝流程對(duì)比如圖3所示。

圖3 煤制甲醇與綠色甲醇工藝流程對(duì)比

圖3中：煤制甲醇工藝，預(yù)制后的煤與來(lái)自空分后的氧氣在氣化爐內(nèi)制得高CO 含量的粗煤氣，經(jīng)水煤氣變換獲得氫氣，再經(jīng)凈化工序，將多余的CO2和硫化物脫除得到甲醇合成氣，合成氣主要是CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體，經(jīng)過(guò)壓縮、合成、分離等工序獲得粗甲醇。煤制甲醇工藝包含了空分、煤的預(yù)制和氣化、水煤氣變換、脫硫脫碳等，工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)、運(yùn)維難度大，工藝能耗高，三廢多，環(huán)保性差；CO2加氫制綠色甲醇工藝，原料氣為質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)99%以上的H2和CO2氣體，組成更純粹，并可嚴(yán)格按化學(xué)計(jì)量進(jìn)行配比給料。CO2與氫氣生成甲醇的反應(yīng)熱（49.4kJ/mol）更低，約為CO 與氫氣反應(yīng)熱（90.7kJ/mol）的一半，低溫有利于化學(xué)平衡朝生成甲醇方向進(jìn)行。催化反應(yīng)條件更溫和，CO2加氫制甲醇通常在200～300℃[7-8]、5MPa[17]左右條件下進(jìn)行，傳統(tǒng)煤制甲醇反應(yīng)條件通常在300℃以上、8MPa 左右。CO2加氫制甲醇工藝三廢主要是弛放尾氣、精餾塔廢水、失效催化劑，沒(méi)有原料氣制備和凈化產(chǎn)生的三廢問(wèn)題。

綜合而言，CO2加氫制綠色甲醇工藝與煤制甲醇相比，最大優(yōu)勢(shì)是縮短了流程段，降低了復(fù)雜度和設(shè)備投資，生產(chǎn)排放也大幅減少。

2.3 降碳效應(yīng)

姬加良[29]研究了煤與不同原料重整氣化制甲醇對(duì)CO2排放的影響，給出了煤制甲醇二氧化碳排放系數(shù)3.0 噸CO2/噸甲醇的研究結(jié)論。全球甲醇協(xié)會(huì)甲醇研究所（Methanol Institute）在報(bào)告《甲醇碳足跡報(bào)告2022》[4]中，給出了煤制甲醇全生命周期碳排放300g CO2/MJ（折合5.85t CO2/t 甲醇）的分析結(jié)論，其中生產(chǎn)段約3.1t CO2/t 甲醇；天然氣制甲醇，甲醇的全生命周期碳排放為100g CO2/MJ（折合1.85t CO2/t 甲醇），其中生產(chǎn)段約0.5t CO2/t 甲醇。

綠色甲醇原料中H2來(lái)自綠色電力電解水、CO2來(lái)自碳捕集（或其他可再生CO2），因此具有極低的碳排放足跡。綠色甲醇全生命周期碳排放為4～10gCO2/MJ[4]（折合0.08～0.2t CO2/t 甲醇），與煤制甲醇相比可減少96%～99%的碳排放，不僅如此還可額外消納約1 億噸CO2。在碳中和目標(biāo)下，綠色甲醇逐漸替代煤制甲醇或天然氣制甲醇的生產(chǎn)和利用，是甲醇產(chǎn)業(yè)升級(jí)并降低碳排放強(qiáng)度的有效策略。

2.4 綠電及CO2轉(zhuǎn)化消納

綠電是指在生產(chǎn)電力過(guò)程中的CO2排放量為零或趨近于零，綠電主要來(lái)源為太陽(yáng)能、風(fēng)力、水力、生物質(zhì)能、地?zé)岬?，我?guó)綠電主要以太陽(yáng)能和風(fēng)能為主。2022 年5 月12 日，中央宣傳部舉行的“中國(guó)這十年”系列主題新聞發(fā)布會(huì)介紹到，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電等綠色電力裝機(jī)容量居世界第一。2022 年7 月舉行的《中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2022》發(fā)布會(huì)報(bào)道[30]，2022年底全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到26 億千瓦左右，其中非化石能源發(fā)電裝機(jī)合計(jì)達(dá)到13 億千瓦左右，并預(yù)計(jì)到2025 年，我國(guó)電源裝機(jī)達(dá)到30 億千瓦左右，其中非化石能源發(fā)電裝機(jī)占比約50%，煤電發(fā)電量占比將從2020 年的61%下降到2025年的56%。

綠電的生產(chǎn)易受自然條件影響，隨著我國(guó)綠電裝機(jī)規(guī)模不斷增大，需要考慮及時(shí)消納問(wèn)題，以避免“棄風(fēng)棄光”或建設(shè)高成本的化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。將綠電電解水制氫再合成甲醇的技術(shù)路線則是一個(gè)很好的解決方案。甲醇質(zhì)量能量密度達(dá)19.95GJ/t，既可作為優(yōu)質(zhì)燃料，又是大宗的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品，相比氫氣而言儲(chǔ)運(yùn)成本更低、更安全。氫氣運(yùn)輸成本為32.2～64.3CNY/(GJ·100km)、甲醇的運(yùn)輸成本則為1.49～2.72CNY/(GJ·100km)。因此綠色甲醇可以作為綠電消納的良好載體。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，若采用成熟的堿性槽電解水制氫（制氫電耗約4.5kWh/m3）、氫氣用于合成甲醇，每制得1t 甲醇至少可消納9830kWh 綠 電， 其 中 制 氫9480kWh、 合 成350kWh。目前我國(guó)甲醇產(chǎn)能接近9800萬(wàn)噸，若全部采用綠電制氫并甲醇合成，預(yù)期最大將消納9633.4×108kWh綠電，而據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的能源數(shù)據(jù)，2022年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電量6867.2×108kWh、太陽(yáng)能發(fā)電量2290×108kWh，綠色甲醇遠(yuǎn)期消納綠電能力與兩者目前的發(fā)電總量相接近；另一方面，與當(dāng)前主流的鋰電化學(xué)儲(chǔ)能對(duì)比，鋰電電芯單體能量密度約160Wh/kg，折合5.76GJ/t，1t 甲醇存儲(chǔ)能量是鋰電的3.46倍。

黨的二十大報(bào)告要求“加強(qiáng)煤炭清潔高效利用”、全國(guó)能源工作會(huì)議要求“發(fā)揮煤炭的兜底保障作用，著力調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)”。文獻(xiàn)顯示我國(guó)當(dāng)前有至少超過(guò)1600個(gè)大型CO2排放源，包括火電廠、水泥廠、鋼鐵廠、石油、化工等[31]；國(guó)際能源署（IEA）在2020年報(bào)告預(yù)測(cè)，2030年我國(guó)碳捕集量約達(dá)4 億噸、2050 年約16 億噸、2070 年約22 億噸，目前基于燃煤電廠煙氣捕集1t CO2綜合成本超過(guò)300 元[32]（化學(xué)吸收法），而空氣捕集的成本更高。大量CO2捕集下如不能形成資源利用產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)對(duì)碳中和目標(biāo)帶來(lái)不利影響。CO2是合成綠色甲醇必須原料之一，因此綠色甲醇生產(chǎn)可與捕集的CO2形成工藝上的匹配及上下游產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系，促進(jìn)CO2消納并帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。煤化工領(lǐng)域一直也是大的CO2排放源，采用煤、天然氣等制備化工原料或材料時(shí)，CO2排放量很大且濃度高。從CO2捕集角度看，對(duì)煤化工過(guò)程的CO2進(jìn)行捕集方法更靈活、成本也比從大氣或煙氣捕集更低；從發(fā)展綠色甲醇角度看，CO2的來(lái)源也可能先從煤化工捕集開(kāi)始。

2.5 市場(chǎng)需求

作為大型船舶的“零碳”燃料可能是綠色甲醇未來(lái)最先實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景[33]。國(guó)際航運(yùn)溫室氣體（GHG）排放已于2008年達(dá)峰，2018年二氧化碳排放量約10.76億噸，占全球2.89%，IMO（國(guó)際海事組織）初步戰(zhàn)略[34]是，到2050 年GHG 排放總量至少減少50%，碳排放強(qiáng)度力爭(zhēng)減少70%。2017 年IMO 正式確定甲醇為船舶燃料，我國(guó)《甲醇/乙醇燃料動(dòng)力船舶技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)則》已完成評(píng)審，ISO正在制定甲醇船舶燃料國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。綜合相關(guān)報(bào)道，截至2022 年底全球已訂購(gòu)商業(yè)化甲醇燃料船舶93 艘（1 艘大型貨輪的需求為2 萬(wàn)噸/年），主流船用發(fā)動(dòng)機(jī)廠家均完成船基甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)。全球最大集裝箱承運(yùn)輸公司Maersk 2022 年宣布與6 家綠色甲醇生產(chǎn)企業(yè)戰(zhàn)略合作[35]，并預(yù)測(cè)到2030 年前，將有600萬(wàn)噸的可再生甲醇需求，用于驅(qū)動(dòng)其700艘船中的25%，同時(shí)宣布，所有新購(gòu)、新建造船只必須能使用干凈的甲醇、氨等碳中和燃料，以達(dá)成2050 年前凈零碳排目標(biāo)。國(guó)際可再生能源屬（IRENA）發(fā)布《創(chuàng)新展望：可再生甲醇》的研究報(bào)告，預(yù)計(jì)到2025 年，全球甲醇年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將從目前的1億噸增長(zhǎng)到1.2億噸，2050年達(dá)到5億噸，其中綠色甲醇產(chǎn)量將達(dá)到2.5 億噸、生物甲醇1.35億噸，傳統(tǒng)甲醇1.15 億噸。以此推算，要生產(chǎn)2.5億噸綠色甲醇，將需要約3.5 億噸CO2和4800 萬(wàn)噸H2，需要建設(shè)約200 多條百萬(wàn)噸級(jí)以上的甲醇產(chǎn)線。綠色甲醇行業(yè)具有極大的市場(chǎng)空間。需要指出的是，盡管綠色甲醇可能最先在大型船運(yùn)領(lǐng)域普及應(yīng)用，但其最大的市場(chǎng)需求仍將是作為化工中間原料和材料，而該需求在甲醇的應(yīng)用占比中達(dá)80%以上。

2.6 促進(jìn)甲醇工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型

甲醇期貨交易數(shù)據(jù)顯示，2022年下半年～2023年4 月，甲醇現(xiàn)貨報(bào)價(jià)2450～2700CNY/t，煤制甲醇完全成本則在3300 CNY/t左右，成本與現(xiàn)貨價(jià)格出現(xiàn)倒掛，煤制甲醇原料煤和燃料煤的成本占總生產(chǎn)成本的70%～80%，煤炭?jī)r(jià)格走勢(shì)對(duì)甲醇成本端的影響非常明顯。CO2加氫制綠色甲醇成本主要受綠氫價(jià)格影響（影響占70%～80%），而綠氫價(jià)格由綠電價(jià)格決定。本文根據(jù)相關(guān)邊界條件對(duì)煤制甲醇和綠色甲醇生產(chǎn)成本進(jìn)行了大致測(cè)算對(duì)比，如表2所示。

表2 煤制甲醇和綠色甲醇大致成本對(duì)比表

由表2 可知，當(dāng)煤價(jià)低于1000CNY/t 時(shí)，煤制甲醇成本優(yōu)勢(shì)明顯；當(dāng)煤價(jià)位于1000～1500CNY/t、綠 電 價(jià) 格 位 于0.1～0.2CNY/kWh 時(shí)（CO2價(jià) 格200CNY/t），綠色甲醇生產(chǎn)成本與煤制甲醇比較接近。

國(guó)家新能源電價(jià)政策要求，2022 年以后風(fēng)光電價(jià)實(shí)行平價(jià)上網(wǎng)。國(guó)家發(fā)改委能源研究所報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，截止2022 年底我國(guó)風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)占比達(dá)到29.6%；國(guó)家能源局預(yù)期2023年風(fēng)光裝機(jī)將新增1.6 億千瓦，累計(jì)占比超過(guò)32%。另?yè)?jù)聯(lián)合國(guó)全球契約領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)報(bào)告《光伏產(chǎn)業(yè)展望2025》預(yù)測(cè)，到2025 年全球光伏電價(jià)將平均降至1 美分/kWh 甚至更低（約合0.067CNY/kWh），中國(guó)到2025 年，新建光伏項(xiàng)目的度電成本將較新建煤電項(xiàng)目低30%以上。綠電價(jià)格能夠降低一方面是因可再生能源項(xiàng)目的建設(shè)成本快速下降；另一方面是裝機(jī)規(guī)模和占比在電源結(jié)構(gòu)中的快速提升，與之相對(duì)的煤電總規(guī)模雖可能因產(chǎn)能優(yōu)化和清潔能源替代而大幅降低，但煤電價(jià)格受煤價(jià)影響卻未必能夠下降，煤電的遠(yuǎn)景作用為用于可再生能源調(diào)峰和承擔(dān)基礎(chǔ)負(fù)荷以保障電力穩(wěn)定，大規(guī)模的綠電產(chǎn)能從電力生產(chǎn)源頭上起到CO2排放大幅減量的促進(jìn)作用。隨“光伏+儲(chǔ)能”制氫技術(shù)的極大進(jìn)步，綠電制氫大規(guī)模應(yīng)用將具備經(jīng)濟(jì)可行性，屆時(shí)制氫成本將降至1.005～1.675CNY/m3。

可見(jiàn)隨著綠電裝機(jī)規(guī)模不斷增加，價(jià)格將不斷降低，當(dāng)綠電成本低于0.1CNY/kWh 以及碳交易機(jī)制不斷完善、碳稅補(bǔ)貼等落實(shí)，綠色甲醇將體現(xiàn)出極大的成本優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力。此外，在綠電成本低的情況下，甲醇等煤化工產(chǎn)業(yè)也可以大量使用綠電作為生產(chǎn)用能，不僅原料來(lái)源實(shí)現(xiàn)綠色，還間接促進(jìn)了用能過(guò)程CO2排放量的大幅降低?？偠灾?，當(dāng)綠色甲醇生產(chǎn)成本大幅降低而效益提升時(shí)，無(wú)疑將促進(jìn)煤制甲醇乃至整個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的綠色轉(zhuǎn)型。

3 結(jié)語(yǔ)

甲醇工業(yè)是我國(guó)重要的基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)，綠色甲醇則契合了降碳、消納綠電及CO2等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，隨著全球?qū)夂蜃兓闹匾暭叭蚝竭\(yùn)業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)κ褂谩傲闾肌比剂系挠残砸?，綠色甲醇需求將越來(lái)越大，在政策鼓勵(lì)、綠電裝機(jī)規(guī)模不斷提高、氫氣及CO2原料獲取成本逐漸下降等條件下，綠色甲醇生產(chǎn)成本也將不斷降低，與煤制甲醇相比將體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)性，對(duì)促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)升級(jí)尤其實(shí)現(xiàn)“綠色甲醇化工”提供助力?？偠灾?，在碳中和宏觀目標(biāo)下，發(fā)展綠色甲醇十分必要。