綠色甲醇在船運燃料市場的前景分析

徐慧貞，閔劍

（國投生物科技投資有限公司，北京 100034）

1 綠色甲醇應用新場景

甲醇是全球性大宗商品，消費量從2017年的8 843萬噸增長到2022年的1.11億噸[1]，年均增長4.65%。在成熟大宗能源、化學品領域屬于平穩增長的產品。

在全球碳減排的大背景下，隨著歐洲碳約束政策逐步執行和技術進步，綠色甲醇作為一種碳排放更少、使用更經濟的綠色燃料日益受到關注，有望給全球甲醇產業帶來新的發展空間[2]。

綠色甲醇產業正處于發展初期，技術路線發展多樣，全球各地投資者都在積極進行工業化嘗試。目前綠色甲醇的生產成本較高，產量相對較低，但隨著相關政策出臺和技術進步，綠色甲醇有望通過產業化實現規模經濟，逐漸形成低成本、碳排少等競爭優勢，占據能源市場的更大份額。

一些難以實現溫室氣體減排的領域需要低碳燃料。海運領域，綠色甲醇是一種具有較強競爭力的替代燃料，海運部門一直保持對綠色甲醇的興趣。未來船舶清潔能源將呈現多元化發展，一段時期內將是以燃料油為主，LNG、甲醇為輔，其他清潔能源逐步發展應用的格局。甲醇中氫的質量含量高達12.5%，是理想的氫能載體[3]。以綠色甲醇為載體進行氫能輸送，是實現綠色氫能利用的重要環節。長期看，甲醇優勢大于LNG，其后發和潛在優勢較大[4]。

2 綠色甲醇在海運領域的優勢

甲醇在大氣條件下為液體形態，只需要對現有儲運、加注等基礎設施進行相對低價和小規模的改造就很容易通過船舶、管道、卡車和鐵路進行儲存、運輸和分配。

2.1 物理特性優勢

從環境角度來看，甲醇性能優異，易溶于水，可快速生物降解，意味著大規模溢出造成的環境影響要比同等規模的溢油事故小很多。因不含硫的特性，甲醇燃燒時幾乎不產生PM和SOX，僅產生少量的NOx。綠色甲醇還可減少CO2排放，是有效實現溫室氣體減排的綠色燃料。此外，甲醇是可用于內燃機、混合動力（燃料/電力）系統、燃料電池、渦輪發動機、爐灶和鍋爐的通用燃料，新造甲醇燃料動力船舶的投資成本與傳統燃料油動力船舶接近，現有船舶也可輕松以適當成本過渡至甲醇應用，目前有60多艘運行或訂購中的大型船舶使用甲醇提供動力。

2.2 減排優勢

海運量在國際貿易中占80%～90%，全球海運部門每年排放約10億噸溫室氣體，占總排放的3%[5]。海上船舶使用的傳統燃料是化石基船用燃料，硫含量相對較高；溫室氣體和硫化物等的排放是海運行業需要解決的問題。根據國際海事組織（IMO）的最新規定，從2020年1月1日起，在全球排放控制區（ECA）內，船舶燃油含硫量上限從3.5%降至0.5%；而在波羅的海、北海、北美地區、美國加勒比海等ECA的船舶燃油含硫量上限則更加嚴格至0.1%[6]。作為無硫燃料，甲醇是目前相對較好的選擇。

2.3 各國政府政策支持

甲醇作為遠洋運輸的綠色低碳燃料，已經具備全球范圍內運營的條件。2019年《甲醇/乙醇燃料船舶安全臨時導則》在國際海事組織貨物與集裝箱運輸分委會（CCC，Carriers Container Council）第6次會議上正式定稿通過。2020年，海上安全委員會（MSC，Maritime Safety Committee）第102屆會議批準了《甲醇/乙醇燃料船舶安全暫行指南》，確立了甲醇或乙醇作為船用燃料應用的目標、功能要求和規定性要求。這兩項標準性質的文件推出后，為今后海運部門大規模使用甲醇燃料提供了保障。

中國交通運輸部海事局早在2020年就委托中國船級社開展甲醇/乙醇燃料動力船舶相關技術研究，啟動了醇類船舶技術法規的研究和編制工作。2022年6月，中國船級社發布了《船舶應用甲醇/乙醇燃料指南》，替代2017年發布的《船舶應用替代燃料指南》第一篇甲醇/乙醇部分。中國也具備了推廣船用甲醇燃料的條件。

2.4 相關產業進展

2015年，Stena Germanica號通過改造成為全世界第一條使用甲醇為燃料的滾裝船舶。2020年，全球最大的甲醇動力遠洋油船公司Waterfront Shipping在現代尾浦造船訂造了8艘甲醇動力船。航運巨頭馬士基也是甲醇燃料船舶的積極推動者，2021年7月敲定全球首艘甲醇燃料集裝箱船訂單，預計在2023年年中交付。2021年8月，馬士基又簽署了“8＋4”艘甲醇燃料集裝箱船建造合同，其中第一艘船舶將于2024年第一季度投入運營。

2019年9月，國內首艘甲醇燃料動力船艇“江龍號”下水。該輪自重172噸，發動機主體是通用船用柴油發動機，但增加了甲醇和空氣的混合裝置、甲醇控制單元、甲醇燃料供給系統等配件。在雙燃料模式下，“江龍號”碳排放可以減少50%～70%[7]。

2022年10月，甲醇動力船舶訂單量超過LNG船[10]。行業巨頭馬士基12艘甲醇動力集裝箱船將從2023年開始交付，2025年全部下水。中遠海運也訂購了12艘甲醇動力遠洋集裝箱貨運船，目前正在國內尋求合格供應商，以滿足其2030年100萬噸/年的綠色甲醇需求。此外值得注意的是蕪湖造船廠為東海安和建造的8艘化學品船、日本常石船廠為嘉吉建造的2艘散貨船、大連造船廠為法國達飛建造的6艘大型集裝箱船等。上述訂單均采用了雙燃料預留設計理念，采用甲醇作為燃料，滿足IMO TierⅢ排放標準，未來可改造升級使用清潔能源甲醇燃料運行，既為客戶提供了碳中和解決方案，也反映出船東對未來甲醇燃料市場的信心。船運巨頭率先大量采用綠色甲醇燃料，具有鮮明的示范效應。綠色甲醇船用燃料將逐步成為全球性船用燃料。甲醇動力船建造情況見表1。

與此同時，2023年4月中遠海運集團與法國達飛集團、上港集團三方將在包括上海港在內的中國主要港口共同合作，為未來的達飛海運、中遠海運雙燃料甲醇船隊采購、供應和交付綠色甲醇船用燃料。目前其設施可以滿足全球甲醇燃料在100多個港口加注和使用[8]。包括羅–羅在內的不少發動機制造商也逐步把甲醇燃料發動機商業化，未來3～4年將是甲醇船舶的井噴期。這不僅表達了船東對未來綠色甲醇市場的信心，也向市場釋放了未來政策利好的信號。

全球航運燃料市場體量巨大，每年需求在3億噸左右。在歐洲碳約束政策影響下，綠色甲醇未來可替代相當一部分傳統船燃，市場潛力巨大。

3 綠色甲醇技術路線分析

綠色甲醇主要有三條技術路線。其中第一條路線主要依靠可再生電力生產甲醇，但是難以解決化學品中碳的綠色來源，其余兩條生產路線能源與化學元素均來自于生物質，可以最大程度降低對化石碳的依賴。三條技術路線的比較詳見表2。

表2 三條綠色甲醇技術路線對比

電解水路線是利用非水可再生能源發電，再經電解水獲得綠氫，與生物質來源的CO2或空氣中富集的CO2進行合成反應，獲得綠色甲醇。電解水路線生產的綠色甲醇成本很大程度上取決于CO2、氫氣等原材料成本以及電解槽的投資。氫氣的成本主要取決于電力成本，生產一噸綠色甲醇大約需要10～11 MW·h電力，其中大部分用于電解槽（約9～10 MW·h）?？稍偕鶦O2的成本取決于其來源，高濃度CO2氣源的成本低于低濃度CO2氣源。雖然使用來自生物乙醇和沼氣的CO2價格較低，但是經濟的運輸距離內，可與之匹配的可再生電力較少。值得注意的是，根據歐盟ISCC評價標準，來源于化石能源的CO2不能作為綠色甲醇的原料。因此，國內一些采用尾氣中CO2與綠氫合成的甲醇無法獲得歐洲綠色甲醇認證。因此電解水路線生產綠色甲醇的技術難度較高，成本相比其他技術路線更高。

生物甲烷路線是以畜禽糞便、城市垃圾為原料，通過厭氧發酵獲得沼氣（其中甲烷含量在50%左右），再將沼氣提純后走天然氣合成甲醇路線得到綠色甲醇。沼氣路線中沼氣成本是影響綠色甲醇成本的最主要因素。天然氣合成甲醇路線成熟，是國外大多數工業化裝置采用的技術路線。但目前國內生物甲烷的商業化裝置普遍較小，大大制約了該路線的發展?？紤]到沼氣生產設施投資，相關污水處理、沼渣處理以及副產品銷售等環節均可能造成生產成本上升，且現階段沼氣發電上網，沼氣經提純、液化后以LNG形式出售是比較成熟的沼氣利用方式。如果綠色甲醇對于原料沼氣的收購價格低于以上兩種利用方式，也會在市場化運營過程中遇到成本核算難題。

生物質氣化路線是用農林固體廢棄物經氣化工藝熱解為合成氣再進行甲醇合成。其技術原理與煤氣化產甲醇路線相近，最大的區別是原料為生物質，在理化性能上與煤炭有一定差異。國內一些科研機構與技術公司已在原料適應性方面做了加壓固定床、加壓循環流化床等方面的工業化嘗試，取得一定經驗。短期來看，生物質氣化路線具有成本較低、原料來源豐富，容易大型化的優點，國外已有這條路線的工業化裝置，利用生物質和廢棄物氣化生產綠色甲醇也是我國大多數地區最為經濟的途徑，但在國內尚沒有成功案例。

通過比較，綠色甲醇產業發展進程中，生物質氣化路線（生物甲烷和生物質氣化路線）的技術相對成熟、項目開發周期較短，可作為前期技術路線。電解水路線作為中遠期技術路線具有較好前景。綠色技術銀行副總經理余峻指出，“目前受綠電價格制約，電制甲醇成本較高，遠期值得期待。生物甲醇具有成本優勢，收集規模及穩定性需規范化發展，市場潛力巨大?！?/p>

4 綠色甲醇產業發展趨勢

得益于歐盟碳關稅的政策干預措施，綠色甲醇目前在海運領域顯示出巨大的溫室氣體減排市場價值。從全球航運業對綠色甲醇的需求推斷，IMO認為甲醇有望成為全球第四大航運燃料[9]。預計到2030年全球每年至少有2 000萬噸的綠色甲醇需求，并且還將持續上升，占船用燃料的10%左右。

全球有多家歐洲和美國企業聚焦于綠色甲醇項目投資。權威機構推測到2027年，僅歐洲綠色甲醇產能就有望達到約120萬噸/年。發達國家中既有或規劃的綠色生物甲醇生產設施和技術供應商見表3。

表3 既有或規劃的綠色生物甲醇生產設施和技術供應商

中國有14個綠色甲醇項目處于前期研究階段，總預計產能近450萬噸/年[11]；預計2030年中國綠色甲醇產能達到600萬噸/年，2040年大約在2 000萬噸/年左右。

綠色甲醇成為全球性主流船運燃料仍需要較長時間，短期內有可能以特定區域應用或航線示范為主。但考慮到近期歐洲環保政策的變化和全球綠色甲醇產能的逐步提高，綠色甲醇逐漸占據主流船運燃料市場的趨勢正越來越明顯，是值得關注的新興船運燃料熱點。

5 結論

從歐盟碳關稅的實施以及馬士基、中遠海運等主要船東甲醇燃料集裝箱船訂單快速增長的情況看，綠色甲醇將成為一個新興的綠色能源板塊，助力國際海上運輸能源轉型。

綠色甲醇的工藝路線有多種，其中生物質路線技術相對成熟，成本低于可再生電力路線，是近期發展綠色甲醇的經濟可接受路線。在一些綠色電力充足且能夠匹配到合適生物質資源的地方，也有開發綠色甲醇項目的可能。