綠色甲醇各領(lǐng)域應(yīng)用前景如何?

風電/光伏蓬勃發(fā)展，綠色甲醇為長時儲能提供方案。

一、航運燃料

甲醇作為一種清潔替代能源，將燃料領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前我國20%的甲醇消費用作燃料，未來有希望大幅提升。目前全球 80%的能源消費仍然通過煤炭、石油和天然氣燃燒獲取，甲醇是全球公認的清潔能源。甲醇是一種無色、透明、易揮發(fā)的易燃液體。作為燃料使用有如下特點：（1）甲醇的理論熱值為 19.83 MJ/kg，約為傳統(tǒng)燃油理論熱值的一半（42.5MJ/kg）；（2）與傳統(tǒng)燃料相比，醇類燃料燃燒時排氣顏色清淡，顆粒排放較少；（3）甲醇的含氧量高（50%），有利于燃料的完全燃燒，僅產(chǎn)生水和二氧化碳，一氧化碳和碳氫化合物的排放降低； （4）甲醇的辛烷值遠高于汽油，因此具有較好的抗爆性（辛烷值是表示燃料抗爆性能的參數(shù)，其數(shù)值越高，抗爆性能越好）； （5）甲醇自燃溫度較高，因此與汽油和柴油相比在使用過程中更加安全；（6）甲醇具有汽化潛熱大，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍匦裕唬?）與汽油和柴油相比，甲醇可與水無限混溶，且對海洋生物來說致死濃度比柴油高 240 倍，比汽油高 1900 倍，因此泄露后不會污染環(huán)境；（8）甲醇在常溫常壓下為液體，與天然氣相比更易儲存和運輸，而且甲醇的閃點比液化天然氣低得多，具有更高的安全性。

航運業(yè)脫碳迫在眉睫，綠色甲醇是首選替代燃料。航運業(yè)占據(jù)全球貿(mào)易總量的80%（聯(lián)合國《2023 年海運評述》），目前航運燃料依賴柴油和汽油，相關(guān)溫室氣體排放量占比全球 3%。國際海事組織將航運業(yè)零碳排放的時間節(jié)點從本世紀末提前至 2050 年，并于 2030 年將總排放量減少至 2008 年的70%-80%，于2040年減少至 30%。 可再生能源載體是航運業(yè)脫碳的必由之路。可再生能源載體包括甲醇、液氨、液化天然氣、液氫和壓縮氫氣、電池等。除了甲醇之外，其他載體均有明顯短板：液化天然氣（LNG）仍然存在碳排放量偏高的問題，而且為了使天然氣處于液態(tài)需要制冷設(shè)備，燃料所占體積較大。液氨在大功率、低速船用發(fā)動機應(yīng)用技術(shù)上成熟度較低，液化氫氣和壓縮氫氣面臨儲運風險較高和儲存過程能耗大，因此在短時間內(nèi)都不能實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。電池當前已經(jīng)大量用于客車和輕型車輛，但是其能量密度較低，要將其用于遠距離海上運輸還具有挑戰(zhàn)性。

與其他可再生能源載體相比，甲醇具有諸多優(yōu)勢：（1）環(huán)境效益。綠色甲醇燃燒后與柴油和汽油相比可減少99%的硫氧化物，60%的氮氧化物和 95%的顆粒物質(zhì)，88%的二氧化碳排放量，并且在制備-燃燒全生命周期內(nèi)實現(xiàn)極低碳排放甚至零碳排放。隨著船運行業(yè)政策收緊，營運船舶勢必需要增加綠色甲醇的使用量以達到相關(guān)碳排放要求。（2）成本優(yōu)勢。盡管目前綠色甲醇的購買成本高于柴油，熱值也僅有柴油的約一半，但從環(huán)境監(jiān)管的角度考慮，達不到減排標準的船將被停運，給船舶及航運公司帶來高額損失。另外即將加入歐盟排放交易計劃的海運可能導(dǎo)致柴油的使用成本增加。在政策影響下未來綠色甲醇的綜合成本將低于柴油。

（3）可用及便利性。據(jù)全球甲醇行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2024 年全球約有122 個港口可以供應(yīng)甲醇，綠色甲醇生產(chǎn)及運輸儲存裝置也在大量部署中。另外基于甲醇的化學(xué)特性，僅需對目前的加注裝置進行稍加改裝即可用于甲醇的加注。儲存方面由于甲醇是液體，可以直接儲存在之前的柴油儲罐中，無需配備制冷或加壓裝置等。綜上，大部分港口都有完善的儲存和加注設(shè)備。 （4）技術(shù)成熟。在運營船舶方面，甲醇燃料動力船舶技術(shù)已經(jīng)成熟，經(jīng)過多年商業(yè)化的考驗已經(jīng)具有市場化發(fā)展的能力。 （5）安全性。甲醇與水可以無限互溶，生物降解速度快。瓦錫蘭公司為甲醇發(fā)動機及其相關(guān)的燃料處理和儲存系統(tǒng)制定了安全概念用以保證甲醇作為船舶燃料的使用安全。 （6）綠色甲醇作為航運的低碳替代燃料，已經(jīng)具備全球范圍內(nèi)營運條件。2019年，國際海事組織貨物與集裝箱運輸分（CCC）委會第6 次會議上正式通過了《甲醇/乙醇燃料船舶安全臨時導(dǎo)則》。2020 年，海上安全委員會（MSC）第102屆會議批準了《甲醇/乙醇燃料船舶安全暫行指南》，確立了甲醇作為船用燃料的目標、功能要求和規(guī)定。早在 2017 年，中國船級社就發(fā)布了《船舶應(yīng)用替代燃料指南》，其中第一篇即為甲醇/乙醇部分。2020 年我國交通運輸部海事局年委托中國船級社開展甲醇燃料動力船舶相關(guān)技術(shù)研究，啟動了甲醇船舶技術(shù)法規(guī)的研究和編制工作。2022 年，中國船級社發(fā)布了《船舶應(yīng)用甲醇/乙醇燃料指南》，綠色甲醇作為低碳船運燃料推廣已具備良好的政策環(huán)境。

全球航運業(yè)對甲醇燃料消費比例基數(shù)較低，不足 1000 萬噸。2023 年全球共有2.88萬艘 5000 總噸以上國際航行船舶，共消耗燃料 2.13 億噸，其中重質(zhì)燃料油，輕質(zhì)燃料油及船用柴油等化石燃料占比 94.65%，其他燃料如液化天然氣、甲醇等占比 5.35%。 國際海事組織認為甲醇有望成為全球第四大航運燃料，2050 年航運業(yè)對綠色甲醇的需求量有望達到 1.9 億噸。為了在 2040 年達到國際海事組織設(shè)定的減排70%的目標，至少約全球三分之一噸位的船舶需要使用可替代燃料，每年近半數(shù)的新造船舶應(yīng)使用替代燃料。根據(jù)國際海事組織預(yù)測，至2050 年，傳統(tǒng)化石燃料市場份額將減少到 15%，而綠色甲醇的使用率將逐步上升至42%，每噸柴油對應(yīng)約2.1噸的綠色甲醇，到 2050 年航運業(yè)對綠色甲醇的需求量有望達到1.9 億噸。截至 2024 年 6 月，全球共有 35 艘甲醇動力船舶營運，訂單量達到269 艘。在過去 12 個月中，全球船舶訂單中約有 21%使用替代燃料，而在這些船舶中有半數(shù)以甲醇為燃料，這個比例預(yù)計還會大幅上漲。

航運巨頭馬士基、嘉吉和達飛也是甲醇燃料船舶的積極推動者。馬士基于2021年 7 月簽訂了全球首艘甲醇燃料集裝箱訂單。2021 年8 月，馬士基又簽署了12艘甲醇燃料集裝箱船建造合同。嘉吉從日本常石造船廠訂購的2 艘散貨船，法國達飛從大連造船廠訂購的 6 艘大型集裝箱船都采用了雙燃料模式，以甲醇作為替代燃料。

我國航運業(yè)積極推動甲醇燃料船舶的使用。2019 年9 月，國內(nèi)首艘甲醇燃料動力船“江龍?zhí)?rdquo;下水。該船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)等設(shè)備，采用雙燃料的模式航行。在該模式下“江龍?zhí)?rdquo;的碳排放可以減少 50%-70%。中遠海運也訂購了 12 艘甲醇動力遠洋集裝箱貨運船，綠色甲醇的需求量為 100 萬噸/年。另外東海安和從蕪湖造船廠訂購的8 艘化學(xué)品船為雙燃料模式，用甲醇作為燃料提供動力。 根據(jù)Ship&Bunker計算，目前甲醇船舶的訂單量對應(yīng)672萬噸/年的綠色甲醇需求，大多數(shù)船舶預(yù)計于 2025 年下水，因此綠色甲醇的需求將在2025 年開始釋放并預(yù)計快速擴大。預(yù)計到 2030 年全球每年至少有 2000 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。

二、化工原料

綠色甲醇將逐步替代現(xiàn)有甲醇產(chǎn)能。短期內(nèi)，綠色甲醇的需求量增長主要源于其在燃料領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是國際航運業(yè)。但從長期角度來看，由于甲醇是重要的化工原料之一，綠色甲醇在化工領(lǐng)域的需求仍占主導(dǎo)地位。甲醇是應(yīng)用最廣泛的四大基礎(chǔ)化學(xué)品之一，2023 年我國甲醇下游應(yīng)用的前三位分別為烯烴（50.5%），甲醇燃料（20.0%），甲醛（8.0%）。全球甲醇應(yīng)用分布來看，甲醛制取占比達到 27%，烯烴制備占到 20%。每年合計消費量超過1億噸。

制備烯烴：甲醇通過 MTO 技術(shù)制備烯烴是我國甲醇下游最大規(guī)模的應(yīng)用場景，通過催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙烯、丙烯等低碳烯烴。這些低碳烯烴是基本有機化工原料，廣泛應(yīng)用于塑料、含氧化合物、精細化學(xué)品等產(chǎn)品的生產(chǎn)。制備甲醛：甲醛是甲醇的重要衍生物，廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料、樹脂等領(lǐng)域。基于甲醛制備的化學(xué)品具有不同的特性使之可應(yīng)用于不同的應(yīng)用場景。例如甲醛與尿素反應(yīng)生成的脲醛樹脂膠粘劑具有粘結(jié)力強、耐水性好等優(yōu)點，因此在木材加工和家具制造等行業(yè)占有重要地位。而基于甲醛和醇酸樹脂制備的醇酸甲醛樹脂涂料表現(xiàn)出優(yōu)異的附著力和穩(wěn)定性，被用于建筑外墻和金屬表面的涂飾。另外，由甲醛和苯酚反應(yīng)制備的酚醛樹脂具有良好的耐熱性、絕緣性及高的機械強度，常被用在電子、電器等領(lǐng)域。 其他：甲醇還能夠用于制備醋酸、甲胺和甲酸甲酯等。醋酸是常見的甲醇下游產(chǎn)品，在化工、食品和醫(yī)藥領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。利用甲醇和一氧化碳經(jīng)催化制備醋酸反應(yīng)條件溫和且產(chǎn)品純度高。甲胺用于制備染料、藥物等化學(xué)品，是醫(yī)藥和染料行業(yè)的關(guān)鍵性原料，甲酸甲酯能夠用于制備香料和涂料。化工行業(yè)對甲醇的需求量巨大，目前煤制甲醇的碳排放極高。隨著政策推動和技術(shù)降本，我們預(yù)期綠色甲醇將會逐步取代現(xiàn)有甲醇產(chǎn)能。現(xiàn)有的煤制甲醇產(chǎn)能以較低的改造成本升級為綠色甲醇產(chǎn)能。

煤制甲醇和生物質(zhì)制甲醇以及電制甲醇的工藝流程中，均是利用催化劑將一氧化碳和氫氣或二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)變?yōu)榧状即之a(chǎn)品，然后對粗產(chǎn)品進行精餾提純得到產(chǎn)品級甲醇，因此在不同的工藝中，合成氣壓縮單元，甲醇合成單元和甲醇精餾單元基本一致。

三、汽車燃料

甲醇燃料是汽車領(lǐng)域減碳及緩解油氣供應(yīng)緊張的重要舉措。交通行業(yè)是全球高能源消耗和高碳排放的領(lǐng)域。我國汽車行業(yè)占汽油總消耗量的92%，占柴油消耗量的 75%。我國每年由汽車造成的碳排放超 9 億噸，占整個交通運輸業(yè)的85%。在燃料供應(yīng)方面，我國石油和天然氣高度依賴進口，2021 年分別達到72%和46%，是世界上最大的石油和天然氣進口國，大力發(fā)展替代燃料是解決能源安全的重要舉措。目前，甲醇燃料包括 M15、M85 和 M100，甲醇的比例分別為15%、85%和100%。甲醇汽車的碳排放優(yōu)勢明顯，配套設(shè)施改造成本小。當前同型的甲醇汽車、燃油車、氫能源汽車和電動汽車的綜合百公里碳排指數(shù)分別為4、21.2、37.7 和12.1kg。配套設(shè)施上，甲醇加注站的改造成本較小，降低了推廣甲醇汽車的阻力。與電動車相比，甲醇汽車的回收處理成本較低，其結(jié)構(gòu)與燃油汽車類似，報廢處理體系已經(jīng)成熟，不存在二次污染的問題。 政策支持力度大，各地推動甲醇汽車試點工作。2019 年，國家發(fā)改委等八部門發(fā)文大力推廣甲醇汽車的普及。2021 年，工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中指出 大力發(fā)展和推廣新能源汽車，促進甲醇汽車等替代燃料汽車推廣。

地方政府也積極推動甲醇汽車的應(yīng)用，2018 年西安市人民政府發(fā)布《西安市鼓勵甲醇汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》，鼓勵各級行政事業(yè)單位和公共服務(wù)機構(gòu)優(yōu)先采購甲醇汽車，統(tǒng)籌加油站與 M100 甲醇加注站建設(shè)規(guī)劃。2020 年山西省工信廳、省發(fā)改委等十二部門發(fā)布《加快推進甲醇汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和全省推廣應(yīng)用的實施方案》，提供甲醇汽車的產(chǎn)能，在出租車和網(wǎng)約車領(lǐng)域推廣甲醇汽車并建成M100甲醇加注站 100 座以上。 近年來，在政策和市場資源的支持下，甲醇汽車產(chǎn)業(yè)先后在多個地區(qū)如山西、上海、陜西、貴州、甘肅開展試點工作，試點車輛包括重型卡車、乘用車和廂式貨車。 我國甲醇汽車技術(shù)儲備處于世界領(lǐng)先水平。目前吉利、東風等國內(nèi)整車制造企業(yè)通過自主研發(fā)已掌握了甲醇燃料供應(yīng)系統(tǒng)、低溫啟動系統(tǒng)、耐醇/耐腐蝕性部件構(gòu)造、低摩擦等關(guān)鍵技術(shù)和工藝，具備甲醇汽車自主開發(fā)能力。自 2005 年以來，吉利汽車在甲醇領(lǐng)域的研發(fā)投入已超過30 億元，累計獲得了200余項技術(shù)專利，在商用、乘用車領(lǐng)域共計開發(fā)了 20 余款甲醇燃料汽車，如2022年 6 月上市的第 4 代帝豪醇電混動版。 2022 年中國甲醇燃料汽車的生產(chǎn)量達到了 14.2 萬輛，較2018 年增長了19.3%；甲醇燃料汽車銷售量達 13.7 萬輛，較 2018 年增長18.1%；全國甲醇燃料汽車市場保有量達 50.5 萬輛，較 2018 年增長 22.9%。2022 年中國甲醇燃料汽車的消費量達到了 100.4 萬噸，其中 M100 甲醇燃料消耗量為85.6 萬噸，貴州省消耗33.3萬噸位列第一，主要原因是該地區(qū)為 M100 甲醇出租車保有量最多的省份。

我國甲醇汽車短期發(fā)展緩慢，長期發(fā)展空間富足。盡管甲醇汽車在試點城市的推廣初見成效，但還面臨一些問題：甲醇加注站的規(guī)模較小，分布不夠廣泛；在發(fā)動機耐腐蝕性，燃料效率和排放控制等方面的技術(shù)需要進一步優(yōu)化；綠色甲醇目前的產(chǎn)能有限且成本較高，增加了用車成本，影響了甲醇汽車的市場競爭力；各地政策差異較大，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)，短時間內(nèi)難以大規(guī)模推廣普及。但從長遠角度看，甲醇汽車的需求將日益增長，產(chǎn)業(yè)鏈將協(xié)同發(fā)展，發(fā)展空間巨大。

四、儲能/儲氫載體

風電/光伏蓬勃發(fā)展，綠色甲醇為長時儲能提供方案。我國風電和光伏產(chǎn)業(yè)近年來取得了長足發(fā)展，但是由于其具有隨機性、間歇性和波動性等特點，電力供給端和需求端存在空間及時間的失配，導(dǎo)致我國每年棄電達到500 億kWh。為了合理運用綠電，實現(xiàn)削峰填谷，風電和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須配備長時儲能的方案，綠色甲醇為實現(xiàn)可再生能源的長時儲能提供了有效途徑。我國電解水制氫技術(shù)已經(jīng)相對成熟，將綠氫與二氧化碳反應(yīng)制備得到甲醇可以很好地解決這一問題。甲醇在常溫下是液體，其安全性與汽油相當，便于通關(guān)管道、海運等途徑進行長距離運輸。同時甲醇可作為燃料直接燃燒發(fā)電或者通過甲醇燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑢崿F(xiàn)長時儲能。 與電化學(xué)儲能相比，綠色甲醇在長距離和長時間的儲能上具有顯著優(yōu)勢，因為其能量密度大于電池，且不存在能量自耗散，可實現(xiàn)跨季節(jié)和跨地區(qū)的能量轉(zhuǎn)移。10 萬噸的甲醇生產(chǎn)可以消納 700MW 的綠電，節(jié)約 30 萬噸燃煤并減少14 萬噸二氧化碳的排放。 甲醇還是氫能的載體。氫能是我國大力發(fā)展的可再生能源的重要組成部分，綠色甲醇可作為氫能載體解決氫能儲存和運輸?shù)陌踩约俺杀拘詥栴}。甲醇中儲氫密度達 13%wt，是液氫的兩倍。在水存在的條件下，利用甲醇重整制氫技術(shù)已經(jīng)十分成熟，可實現(xiàn)氫氣的迅速轉(zhuǎn)化和釋放。