綠色甲醇的應(yīng)用和市場(chǎng)前景

一、甲醇簡(jiǎn)介及產(chǎn)業(yè)概況

甲醇是最為常見(jiàn)、應(yīng)用場(chǎng)景最為廣泛的基礎(chǔ)化學(xué)品，是生產(chǎn)所有其他化學(xué)品的四種關(guān)鍵基礎(chǔ)化學(xué)品之一，全球年產(chǎn)量超億噸；當(dāng)前甲醇主要以天然氣或煤炭為制備原料，作為碳排量巨大的化工行業(yè)，其減排降碳勢(shì)在必行。綠色甲醇以生物質(zhì)或綠氫+可再生二氧化碳為原料，在“雙碳”背景下，作為低碳燃料成為短期內(nèi)最具潛力的需求增長(zhǎng)點(diǎn)。

（一）甲醇簡(jiǎn)介

甲醇與乙烯、丙烯和氨是用于生產(chǎn)所有其他化學(xué)品的四種關(guān)鍵基礎(chǔ)化學(xué)品之一，全球近三分之二的甲醇會(huì)用于生產(chǎn)例如甲醛、乙酸和塑料等其他化學(xué)品。甲醇傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域包括甲醛、MTO/MTP、MTBE、醋酸、二甲醚等。其中，消費(fèi)領(lǐng)域位列前三的依次是甲醛、MTO/MTP、MTBE；就全球范圍的甲醇下游使用需求來(lái)看，目前，甲醛是甲醇的主要終端用途，占比近30%，多作為生產(chǎn)酚醛樹(shù)脂與黏合劑及其他有機(jī)化學(xué)晶體的原料，可應(yīng)用于建筑、汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域。MTO（甲醇制烯烴）是全球僅次于甲醛的甲醇下游用途，在中國(guó)，MTO是甲醇下游的第一大需求場(chǎng)景，需求占中國(guó)甲醇消費(fèi)量的60%上下。根據(jù)國(guó)際可再生能源署（IRENA）預(yù)測(cè)，全球甲醇產(chǎn)量將從2020年的1億噸增加到2050年5億（見(jiàn)圖1），其中綠色甲醇和生物甲醇將達(dá)到2.5億和1.35億噸。

（二）產(chǎn)業(yè)概況

中國(guó)是全球最大的甲醇消費(fèi)與生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)的產(chǎn)能約占全球的58%；當(dāng)前全球甲醇貿(mào)易流通量已超過(guò)3000萬(wàn)噸，中東是主要甲醇貿(mào)易輸出地，而中國(guó)、東南亞、西歐則為主要的輸入地區(qū)。根據(jù)金信期貨的數(shù)據(jù)，截至2023年底，我國(guó)甲醇總產(chǎn)能1.05億噸，占比世界將近60%；中國(guó)已成為全球第一大甲醇生產(chǎn)國(guó)。同時(shí)由于中國(guó)擁有極為龐大的工業(yè)體系，對(duì)于甲醇這一基礎(chǔ)化工品的消耗需求巨大，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)能無(wú)法滿(mǎn)足自身的消耗需求，仍需通過(guò)進(jìn)口來(lái)填補(bǔ)甲醇的供應(yīng)缺口，根據(jù)wind的數(shù)據(jù)，2023年中國(guó)甲醇進(jìn)口量約為1455萬(wàn)噸。

（三）政策及項(xiàng)目

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，中國(guó)發(fā)布了一系列綠色甲醇制備、應(yīng)用的鼓勵(lì)性政策（見(jiàn)表1）。在低碳政策的支持下，綠醇在汽車(chē)燃料、燃料電池、船舶燃料、有機(jī)添加劑等場(chǎng)景擁有巨大的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。

國(guó)際方面，國(guó)際海事組織（IMO）海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第八十次會(huì)議（MEPC80）于2023年7月通過(guò)了《2023年IMO船舶溫室氣體（GHG）減排戰(zhàn)略》，提出在2050年前后達(dá)到凈零排放新目標(biāo)。疊加2030年的中短期目標(biāo)（達(dá)到20%的減排幅度和5%的零溫室氣體排放技術(shù)/燃料使用），船東很難通過(guò)改善單艘船的運(yùn)營(yíng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而必須選擇低碳技術(shù)或燃料，綠色甲醇由此得到眾多關(guān)注。美國(guó)2023年頒布的《交通部門(mén)脫碳藍(lán)圖》計(jì)劃可持續(xù)性燃料（如綠色甲醇）推廣至航運(yùn)等難實(shí)現(xiàn)電氣化轉(zhuǎn)型的行業(yè)。

歐盟于2019年12月推出了《歐洲綠色新政》，核心目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，并于2021年7月提出“Fitfor55”一攬子計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)到2030年溫室氣體減排55%。該計(jì)劃所覆蓋的系列立法舉措為碳中和目標(biāo)的達(dá)成開(kāi)辟了新路，其中的碳排放交易體系（ETS）、替代燃料基礎(chǔ)設(shè)施（AFIR）、能源稅（ETD）對(duì)綠色甲醇有明顯的助推作用。此外，在“可再生能源指令”（REDⅡ）修訂版推出后，可再生能源無(wú)論是消費(fèi)總量還是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域都有更高的目標(biāo)，這將為綠色甲醇的推廣提供新的機(jī)會(huì)。

根據(jù)勢(shì)銀能鏈的統(tǒng)計(jì)，2024年以來(lái)，我國(guó)綠色甲醇項(xiàng)目累計(jì)有41個(gè)有所進(jìn)展，表2是2024年部分大型綠色甲醇項(xiàng)目具體數(shù)據(jù)。但需注意的是，許多項(xiàng)目的二氧化碳來(lái)源仍然屬于不可再生，以當(dāng)前歐盟對(duì)煤制甲醇全生命周期碳排放定量來(lái)看，不會(huì)被認(rèn)定為綠色甲醇。此外，部分項(xiàng)目試點(diǎn)已開(kāi)展通過(guò)空氣中二氧化碳捕獲和太陽(yáng)能電解水制綠氫進(jìn)行甲醇合成的示范項(xiàng)目，制取綠色甲醇。

全球范圍內(nèi)，也有許多成規(guī)模的綠醇項(xiàng)目。目前國(guó)際能源巨頭積極布局綠醇產(chǎn)業(yè)，New Hope Energy、Enerkem等綠色技術(shù)開(kāi)發(fā)企業(yè)為多項(xiàng)綠色甲醇項(xiàng)目提供技術(shù)支持。同時(shí)，在全球交通運(yùn)輸業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的大背景下，汽車(chē)、船運(yùn)行業(yè)的龍頭公司不斷推動(dòng)綠色甲醇技術(shù)研發(fā)和項(xiàng)目落地。

二、綠色甲醇的定義及技術(shù)路線(xiàn)

（一）綠色甲醇的定義

目前國(guó)際上并無(wú)明確的“綠色甲醇”的概念界定。甲醇的綠色與否主要取決于甲醇的合成原料——氫氣/合成氣及二氧化碳的來(lái)源。根據(jù)國(guó)際可再生能源署（IRENA）的建議，可按甲醇的生產(chǎn)原料來(lái)源將其分為綠醇、藍(lán)醇、灰醇和棕醇，當(dāng)原料氫氣和二氧化碳的來(lái)源均為可再生時(shí)，合成的甲醇可以認(rèn)定為綠醇。其中可再生氫氣指可再生能源制取氫氣，包括清潔電力電解水制氫、綠色生物質(zhì)制氫等；可再生的二氧化碳指生物質(zhì)來(lái)源二氧化碳或直接空氣捕獲二氧化碳。國(guó)際可持續(xù)發(fā)展與碳認(rèn)證（International Sustainability Carbon Certification，ISCC）體系對(duì)于綠色甲醇的定義稍松一些，即若原料為生物來(lái)源，全過(guò)程（從原料端到產(chǎn)品使用端）需減碳65%；若原料為非生物來(lái)源，全過(guò)程需減碳70%。

（二）技術(shù)路線(xiàn)

按照IRENA的定義，綠色甲醇的技術(shù)路線(xiàn)主要分為兩種：二氧化碳加綠氫路線(xiàn)和生物質(zhì)路線(xiàn)（見(jiàn)圖2）。值得注意的是，綠色甲醇與傳統(tǒng)灰色甲醇在二氧化碳加氫合成工藝上并無(wú)太大差別，都采用熱催化法為主，近年來(lái)，電化學(xué)等新型合成工藝涌現(xiàn)，但尚不成熟。主要差異在于綠氫以及碳源。

二氧化碳加綠氫制甲醇路線(xiàn)主要依托于綠氫的產(chǎn)出，綠色甲醇工廠一般建在風(fēng)光綠電電站附近。對(duì)于二氧化碳加綠氫制甲醇，IRENA定義碳源只有生物質(zhì)與直接碳捕（DAC）才屬于綠色甲醇，但直接碳捕的成本過(guò)高，目前成本大約到125～335美元/噸（國(guó)際能源署，2022），大約是煤化工、天然氣等集中碳源的十倍左右，而且DAC的捕獲量也無(wú)法支撐大規(guī)模綠色甲醇的生產(chǎn)。目前我國(guó)生物質(zhì)制甲醇生產(chǎn)原料分布比較分散，收集、儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本均相對(duì)較高，這也是制約生物質(zhì)制甲醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的難題。目前中國(guó)也有許多項(xiàng)目通過(guò)碳耦合綠氫制甲醇，雖然不符合IRENA的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于中國(guó)甲醇行業(yè)減排有著更重要的實(shí)際意義。

三、綠色甲醇的應(yīng)用場(chǎng)景和前景

甲醇下游應(yīng)用場(chǎng)景繁多。總體上，甲醇制烯烴、甲醇燃料、甲醛長(zhǎng)期為甲醇最為主要的三大下游需求場(chǎng)景。甲醇下游需求結(jié)構(gòu)與下游行業(yè)景氣度息息相關(guān)，甲醇制烯烴下游細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景分散且規(guī)模巨大，總體需求量保持穩(wěn)定。受房地產(chǎn)等下游市場(chǎng)下行影響，甲醛、二甲醚等傳統(tǒng)需求場(chǎng)景增長(zhǎng)緩慢。

從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，碳中和的大背景下，中國(guó)受制于“少油少氣多煤”的能源稟賦，傳統(tǒng)甲醇制烯烴以煤制甲醇為主，碳排量巨大，且甲醇制烯烴從能耗和效率上并不如石油制烯烴路線(xiàn)，近年來(lái)甲醇制烯烴新投產(chǎn)項(xiàng)目呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢(shì)。另一方面，甲醇作為一種較為清潔、高效的液體燃料，燃料用途成為甲醇下游最具潛力的需求增長(zhǎng)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于車(chē)船用動(dòng)力燃料或鍋爐發(fā)電供熱燃料，甲醇燃料需求穩(wěn)步上升，是甲醇最突出的新型需求。

（一）甲醇制烯烴

甲醇制烯烴是全球甲醇第二大消耗場(chǎng)景、中國(guó)最大的甲醇消耗場(chǎng)景。乙烯、丙烯等低碳烯烴是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原材料，根據(jù)鋼聯(lián)數(shù)據(jù)，2023年中國(guó)乙烯產(chǎn)量達(dá)4519萬(wàn)噸、丙烯產(chǎn)能達(dá)4782萬(wàn)噸，但尚未實(shí)現(xiàn)低碳烯烴的自給自足，乙烯、丙烯2023年的進(jìn)口量均在210萬(wàn)噸以上，低碳烯烴仍然存在巨大的供需缺口。

受?chē)?guó)家“十四五”規(guī)劃、《中國(guó)制造2025》有關(guān)綠色發(fā)展指標(biāo)以及“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)等相關(guān)政策的引導(dǎo)，降低碳排放、提高碳原子利用率和拓展CO2資源化利用途徑是甲醇制烯烴行業(yè)目前的發(fā)展趨勢(shì)；中國(guó)傳統(tǒng)甲醇制烯烴以煤基甲醇為主要原料，其碳排量巨大，近年來(lái)CO2直接加氫氣合成綠色甲醇，再經(jīng)一定的催化反應(yīng)制取烯烴產(chǎn)品可有效將CO2資源化利用，成為甲醇制烯烴行業(yè)的發(fā)展大方向之一。

（二）甲醛

全球范圍來(lái)看，甲醛是甲醇占比最大的下游用途，約27%的甲醇用于甲醛的制備生產(chǎn)；國(guó)內(nèi)范圍來(lái)看，在甲醇制烯烴規(guī)?；a(chǎn)前，甲醛同樣為中國(guó)最大的甲醇應(yīng)用場(chǎng)景。2023年中國(guó)甲醛產(chǎn)能達(dá)3680萬(wàn)噸，占全球的50%以上，但國(guó)內(nèi)甲醛的產(chǎn)能利用率長(zhǎng)時(shí)間在60%上下，存在著一定的產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題?？傮w上，甲醛行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入頭部集中化的發(fā)展階段，甲醛行業(yè)發(fā)展與房地產(chǎn)等下游行業(yè)發(fā)展景氣度周期高度重合，受下游房地產(chǎn)行業(yè)下行，家具、裝修板材等相關(guān)制成品需求較之前有明顯下滑的影響，甲醛行業(yè)預(yù)計(jì)在中短期內(nèi)難有大幅增長(zhǎng)。近幾年的國(guó)內(nèi)甲醛行業(yè)以去產(chǎn)能基調(diào)為主，預(yù)計(jì)其在甲醇下游應(yīng)用占比將有所下降。

（三）儲(chǔ)能儲(chǔ)氫介質(zhì)

氫氣被認(rèn)為是未來(lái)最理想的主要清潔能源之一，但氫氣制取成本高、儲(chǔ)存及運(yùn)輸困難等問(wèn)題是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，而綠色甲醇以綠氫為原料，是氫能第二大使用消納場(chǎng)景。甲醇可作為氫能源的重要消納途徑與儲(chǔ)運(yùn)媒介。甲醇行業(yè)的整體成熟度遠(yuǎn)高于氫能，目前甲醇的制備、儲(chǔ)運(yùn)、使用等環(huán)節(jié)的技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施十分完備，上游綠氫加可再生二氧化碳或工廠捕集的二氧化碳合成甲醇，經(jīng)成熟的甲醇儲(chǔ)運(yùn)體系運(yùn)送至下游需求場(chǎng)景，可有效解決當(dāng)前氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系不成熟造成的氫能應(yīng)用困難問(wèn)題。

（四）甲醇燃料

甲醇燃料作為民用及工業(yè)燃料應(yīng)用時(shí)間已久，下游應(yīng)用場(chǎng)景廣泛（見(jiàn)表3）。甲醇燃料不僅可用作內(nèi)燃機(jī)中的汽油添加劑，提高傳統(tǒng)燃機(jī)效率，還可應(yīng)用于改裝的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)以及混合動(dòng)力和燃料電池車(chē)輛中作為重要的混合動(dòng)力燃料或完全的直接燃料，也被視為清潔能源用于船舶內(nèi)燃機(jī)的燃料。

當(dāng)前航運(yùn)業(yè)減排壓力巨大，綠色甲醇有望成為中短期高可行性的低碳燃料方案。船舶運(yùn)輸是當(dāng)前國(guó)際貿(mào)易的主要貨運(yùn)形式，其承擔(dān)了全球貿(mào)易運(yùn)輸總量的90%以上。船用動(dòng)力機(jī)特別是遠(yuǎn)洋船舶需要較大的功率輸出，目前燃料主要以燃油為主，會(huì)排放大量的二氧化碳。在此背景下，船運(yùn)行業(yè)的減排壓力越來(lái)越大，尤其疊加歐盟碳稅的影響，船運(yùn)行業(yè)的減排問(wèn)題已迫在眉睫，在液化天然氣、甲醇、氫、氨等碳船舶燃料的各種可能替代方案中，甲醇由于其轉(zhuǎn)換成本低、可獲得性高、基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善、技術(shù)成熟度較高等優(yōu)勢(shì)，逐漸引起關(guān)注，并有望成為中短期內(nèi)最具可行性的方案。

2024年1月，DNVAFI（可替代燃料洞察平臺(tái)）發(fā)布了最新的全球航運(yùn)船舶數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖3），2023年全球總共新增298艘替代燃料動(dòng)力船舶訂單，同比2022年增長(zhǎng)8%。2023年甲醇成為新增訂單的主流，訂單大幅增加（138艘），近乎2022年35艘訂單的四倍，與液化天然氣燃料船舶訂單數(shù)量（130艘）“并駕齊驅(qū)”。

四、發(fā)展建議

綠色甲醇適用于碳中和的前中期階段，雖然目前甲醇具備最成熟的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)與最低的船舶改造成本，但在歐盟碳稅等政策影響下，如何在中短期內(nèi)獲取低成本穩(wěn)定的可再生碳源是綠色甲醇抓住窗口期、實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。

綠色甲醇的發(fā)展可以通過(guò)多方面的努力來(lái)推進(jìn)。

首先，技術(shù)進(jìn)步是關(guān)鍵。制氫技術(shù)的優(yōu)化非常重要，綠氫是制備綠色甲醇的關(guān)鍵原料。通過(guò)優(yōu)化電解水制氫技術(shù)，提高電解效率，降低電力消耗和成本，可以提升綠氫的經(jīng)濟(jì)性，從而提升綠色甲醇的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)提升生物質(zhì)氣化和液化的技術(shù)水平，提高其轉(zhuǎn)化效率，能夠降低生物質(zhì)制綠色甲醇的成本。具體方法包括改進(jìn)催化劑、優(yōu)化反應(yīng)條件以及開(kāi)發(fā)更高效的生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)。此外，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，提高綠色甲醇生產(chǎn)過(guò)程中的工藝精細(xì)度，減少能源和原料的浪費(fèi)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。這包括流程優(yōu)化、自動(dòng)化控制和能量回收利用等技術(shù)手段的應(yīng)用。

其次，CO2捕集與利用（CCU）是綠色甲醇發(fā)展的另一個(gè)重要方面。開(kāi)發(fā)更高效、低成本的CO2捕集技術(shù)，能夠提供穩(wěn)定且價(jià)格低廉的碳源，這是制備綠色甲醇的關(guān)鍵。例如，利用先進(jìn)的吸附材料和吸收液，提高CO2捕集效率，降低操作成本。同時(shí)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，提高CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的效率，降低能源消耗，提升經(jīng)濟(jì)效益，從而降低綠色甲醇的整體成本。探索新型催化劑和反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提升CO2氫化反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。