绿色甲醇在船运燃料市场的前景分析

2023-11-24徐慧贞闵剑

石油石化绿色低碳 2023年5期

关键词：海运生物质路线

徐慧贞，闵剑

（国投生物科技投资有限公司，北京 100034）

1 绿色甲醇应用新场景

甲醇是全球性大宗商品，消费量从2017年的8 843万吨增长到2022年的1.11亿吨[1]，年均增长4.65%。在成熟大宗能源、化学品领域属于平稳增长的产品。

在全球碳减排的大背景下，随着欧洲碳约束政策逐步执行和技术进步，绿色甲醇作为一种碳排放更少、使用更经济的绿色燃料日益受到关注，有望给全球甲醇产业带来新的发展空间[2]。

绿色甲醇产业正处于发展初期，技术路线发展多样，全球各地投资者都在积极进行工业化尝试。目前绿色甲醇的生产成本较高，产量相对较低，但随着相关政策出台和技术进步，绿色甲醇有望通过产业化实现规模经济，逐渐形成低成本、碳排少等竞争优势，占据能源市场的更大份额。

一些难以实现温室气体减排的领域需要低碳燃料。海运领域，绿色甲醇是一种具有较强竞争力的替代燃料，海运部门一直保持对绿色甲醇的兴趣。未来船舶清洁能源将呈现多元化发展，一段时期内将是以燃料油为主，LNG、甲醇为辅，其他清洁能源逐步发展应用的格局。甲醇中氢的质量含量高达12.5%，是理想的氢能载体[3]。以绿色甲醇为载体进行氢能输送，是实现绿色氢能利用的重要环节。长期看，甲醇优势大于LNG，其后发和潜在优势较大[4]。

2 绿色甲醇在海运领域的优势

甲醇在大气条件下为液体形态，只需要对现有储运、加注等基础设施进行相对低价和小规模的改造就很容易通过船舶、管道、卡车和铁路进行储存、运输和分配。

2.1 物理特性优势

从环境角度来看，甲醇性能优异，易溶于水，可快速生物降解，意味着大规模溢出造成的环境影响要比同等规模的溢油事故小很多。因不含硫的特性，甲醇燃烧时几乎不产生PM和SOX，仅产生少量的NOx。绿色甲醇还可减少CO2排放，是有效实现温室气体减排的绿色燃料。此外，甲醇是可用于内燃机、混合动力（燃料/电力）系统、燃料电池、涡轮发动机、炉灶和锅炉的通用燃料，新造甲醇燃料动力船舶的投资成本与传统燃料油动力船舶接近，现有船舶也可轻松以适当成本过渡至甲醇应用，目前有60多艘运行或订购中的大型船舶使用甲醇提供动力。

2.2 减排优势

海运量在国际贸易中占80%～90%，全球海运部门每年排放约10亿吨温室气体，占总排放的3%[5]。海上船舶使用的传统燃料是化石基船用燃料，硫含量相对较高；温室气体和硫化物等的排放是海运行业需要解决的问题。根据国际海事组织（IMO）的最新规定，从2020年1月1日起，在全球排放控制区（ECA）内，船舶燃油含硫量上限从3.5%降至0.5%；而在波罗的海、北海、北美地区、美国加勒比海等ECA的船舶燃油含硫量上限则更加严格至0.1%[6]。作为无硫燃料，甲醇是目前相对较好的选择。

2.3 各国政府政策支持

甲醇作为远洋运输的绿色低碳燃料，已经具备全球范围内运营的条件。2019年《甲醇/乙醇燃料船舶安全临时导则》在国际海事组织货物与集装箱运输分委会（CCC，Carriers Container Council）第6次会议上正式定稿通过。2020年，海上安全委员会（MSC，Maritime Safety Committee）第102届会议批准了《甲醇/乙醇燃料船舶安全暂行指南》，确立了甲醇或乙醇作为船用燃料应用的目标、功能要求和规定性要求。这两项标准性质的文件推出后，为今后海运部门大规模使用甲醇燃料提供了保障。

中国交通运输部海事局早在2020年就委托中国船级社开展甲醇/乙醇燃料动力船舶相关技术研究，启动了醇类船舶技术法规的研究和编制工作。2022年6月，中国船级社发布了《船舶应用甲醇/乙醇燃料指南》，替代2017年发布的《船舶应用替代燃料指南》第一篇甲醇/乙醇部分。中国也具备了推广船用甲醇燃料的条件。

2.4 相关产业进展

2015年，Stena Germanica号通过改造成为全世界第一条使用甲醇为燃料的滚装船舶。2020年，全球最大的甲醇动力远洋油船公司Waterfront Shipping在现代尾浦造船订造了8艘甲醇动力船。航运巨头马士基也是甲醇燃料船舶的积极推动者，2021年7月敲定全球首艘甲醇燃料集装箱船订单，预计在2023年年中交付。2021年8月，马士基又签署了“8＋4”艘甲醇燃料集装箱船建造合同，其中第一艘船舶将于2024年第一季度投入运营。

2019年9月，国内首艘甲醇燃料动力船艇“江龙号”下水。该轮自重172吨，发动机主体是通用船用柴油发动机，但增加了甲醇和空气的混合装置、甲醇控制单元、甲醇燃料供给系统等配件。在双燃料模式下，“江龙号”碳排放可以减少50%～70%[7]。

2022年10月，甲醇动力船舶订单量超过LNG船[10]。行业巨头马士基12艘甲醇动力集装箱船将从2023年开始交付，2025年全部下水。中远海运也订购了12艘甲醇动力远洋集装箱货运船，目前正在国内寻求合格供应商，以满足其2030年100万吨/年的绿色甲醇需求。此外值得注意的是芜湖造船厂为东海安和建造的8艘化学品船、日本常石船厂为嘉吉建造的2艘散货船、大连造船厂为法国达飞建造的6艘大型集装箱船等。上述订单均采用了双燃料预留设计理念，采用甲醇作为燃料，满足IMO TierⅢ排放标准，未来可改造升级使用清洁能源甲醇燃料运行，既为客户提供了碳中和解决方案，也反映出船东对未来甲醇燃料市场的信心。船运巨头率先大量采用绿色甲醇燃料，具有鲜明的示范效应。绿色甲醇船用燃料将逐步成为全球性船用燃料。甲醇动力船建造情况见表1。

与此同时，2023年4月中远海运集团与法国达飞集团、上港集团三方将在包括上海港在内的中国主要港口共同合作，为未来的达飞海运、中远海运双燃料甲醇船队采购、供应和交付绿色甲醇船用燃料。目前其设施可以满足全球甲醇燃料在100多个港口加注和使用[8]。包括罗–罗在内的不少发动机制造商也逐步把甲醇燃料发动机商业化，未来3～4年将是甲醇船舶的井喷期。这不仅表达了船东对未来绿色甲醇市场的信心，也向市场释放了未来政策利好的信号。

全球航运燃料市场体量巨大，每年需求在3亿吨左右。在欧洲碳约束政策影响下，绿色甲醇未来可替代相当一部分传统船燃，市场潜力巨大。

3 绿色甲醇技术路线分析

绿色甲醇主要有三条技术路线。其中第一条路线主要依靠可再生电力生产甲醇，但是难以解决化学品中碳的绿色来源，其余两条生产路线能源与化学元素均来自于生物质，可以最大程度降低对化石碳的依赖。三条技术路线的比较详见表2。

表2 三条绿色甲醇技术路线对比

电解水路线是利用非水可再生能源发电，再经电解水获得绿氢，与生物质来源的CO2或空气中富集的CO2进行合成反应，获得绿色甲醇。电解水路线生产的绿色甲醇成本很大程度上取决于CO2、氢气等原材料成本以及电解槽的投资。氢气的成本主要取决于电力成本，生产一吨绿色甲醇大约需要10～11 MW·h电力，其中大部分用于电解槽（约9～10 MW·h）。可再生CO2的成本取决于其来源，高浓度CO2气源的成本低于低浓度CO2气源。虽然使用来自生物乙醇和沼气的CO2价格较低，但是经济的运输距离内，可与之匹配的可再生电力较少。值得注意的是，根据欧盟ISCC评价标准，来源于化石能源的CO2不能作为绿色甲醇的原料。因此，国内一些采用尾气中CO2与绿氢合成的甲醇无法获得欧洲绿色甲醇认证。因此电解水路线生产绿色甲醇的技术难度较高，成本相比其他技术路线更高。

生物甲烷路线是以畜禽粪便、城市垃圾为原料，通过厌氧发酵获得沼气（其中甲烷含量在50%左右），再将沼气提纯后走天然气合成甲醇路线得到绿色甲醇。沼气路线中沼气成本是影响绿色甲醇成本的最主要因素。天然气合成甲醇路线成熟，是国外大多数工业化装置采用的技术路线。但目前国内生物甲烷的商业化装置普遍较小，大大制约了该路线的发展。考虑到沼气生产设施投资，相关污水处理、沼渣处理以及副产品销售等环节均可能造成生产成本上升，且现阶段沼气发电上网，沼气经提纯、液化后以LNG形式出售是比较成熟的沼气利用方式。如果绿色甲醇对于原料沼气的收购价格低于以上两种利用方式，也会在市场化运营过程中遇到成本核算难题。

生物质气化路线是用农林固体废弃物经气化工艺热解为合成气再进行甲醇合成。其技术原理与煤气化产甲醇路线相近，最大的区别是原料为生物质，在理化性能上与煤炭有一定差异。国内一些科研机构与技术公司已在原料适应性方面做了加压固定床、加压循环流化床等方面的工业化尝试，取得一定经验。短期来看，生物质气化路线具有成本较低、原料来源丰富，容易大型化的优点，国外已有这条路线的工业化装置，利用生物质和废弃物气化生产绿色甲醇也是我国大多数地区最为经济的途径，但在国内尚没有成功案例。

通过比较，绿色甲醇产业发展进程中，生物质气化路线（生物甲烷和生物质气化路线）的技术相对成熟、项目开发周期较短，可作为前期技术路线。电解水路线作为中远期技术路线具有较好前景。绿色技术银行副总经理余峻指出，“目前受绿电价格制约，电制甲醇成本较高，远期值得期待。生物甲醇具有成本优势，收集规模及稳定性需规范化发展，市场潜力巨大。”