绿色甲醇燃料靠谱么？

跟“绿氢”一样，更严谨的区分是“可再生”和“非可再生”，低碳和高碳。“可再生”甲醇分为生物甲醇Bio-methanol和绿色电甲醇Green e-Methanol，分别对应两条途径生产：

• 生物甲醇
• 由生物质生产。生物质包括林业和农业废物及副产品、垃圾填埋场产生的沼气、污水、城市固体废物和制浆造纸行业产生的黑液。垃圾、秸秆气化制生物质甲醇，基本原理跟煤制甲醇类似，大致是热解-气化-气体净化-H2/CO比例调节、甲醇合成及分离提纯，但现实工程工艺难度大得多，工业化项目较少。沼气本身含有约60%CH4和40%CO2，提纯CO2后加氢制甲醇。该路径受限制与生物质的收集难度和成本。可以说某地区某项目解决了这个问题，但很可能就是某地而已；当容易解决的都解决了，剩下的就是收集成本高的生物质了。国内报道过的典型项目有： “中集安瑞科与马士基深度合作绿色甲醇项目”，“山西省赛鼎设计研究院正在建设垃圾、秸秆气化制生物质甲醇装置”。
• 绿色e-甲醇
• 由碳中性的CO2，即生物质基的CO2或空气捕捉。
• e-甲醇 = 可再生氢（绿氢） + 来自生物质能的CO2排放捕集
• 即CO2来自生物质相关产业，比如秸秆发电。该路径关联“生物质能的碳捕集与封存（简称BECCS，bioenergy with carbon capture and storage）。国内尚未见到该类型甲醇项目。
• e-甲醇 = 可再生氢（绿氢） + 直接空气捕获 CO2
• 即CO2来自直接空气捕捉（DAC，direct air capture）。该路径CO2成本目前很高，但降本路径明确，即规模化。

• 低碳e-甲醇= 可再生氢（绿氢） + 来自工业CO2排放捕集
• 如果CO2来自于其它工业排放，火电厂水泥厂钢厂等，那就是非可再生CO2，即便氢气是可再生电力获得的绿氢，也无法被定义为“可再生甲醇”或者“绿色”甲醇，只能被定义为“蓝色”甲醇或者“低碳”甲醇。

煤制甲醇碳排放有多高

按照欧洲可再生能源指令（RED II）中规定的方法，不同原料和途径生产的甲醇的生命周期碳排放强度如下图（不知道是否严谨或正确）。可以看出对煤制甲醇的“歧视”。这种“歧视”导致了在现有煤制甲醇工艺中引入绿氢的路径严重受限：即便是按照煤制甲醇生产工艺碳排放为零（即棕色部分），煤制甲醇的碳排放也仍然高于化石天然气制甲醇碳排放。因此，假如我们需要迎合所谓国际趋势，要按照这帮老外制定的方法去计算，计算，计算；要不然搞了半天，咱们的甲醇被人家定义为比天然气制甲醇（世界其它地区甲醇主要来源）碳排放还高，咱们的甲醇航运燃料不被认可为绿色或者低碳，咱们的甲醇下游的产品（比如含聚烯烃）比别人的收的碳税还高，这不就白耽误功夫了？

他们计算的煤制甲醇的全生命周期碳排放的确太高了——300克/兆焦，甲醇的高位热值是21.3兆焦/公斤，折合每吨甲醇碳排放6.4吨，仅生产相关碳排放就达到了3.4吨。而咱们的计算结果全生命周期总和是大概3吨（Energy Conversion and Management 124 (15), 2016；叶毓琛典型煤化工技术全生命周期评价2014）。

The carbon footprint of methanol produced from various feedstocks

绿色e-甲醇典型项目

丹麦可再生能源公司European Energy世界首个大型商业电制甲醇项目（50MW电解槽(PEM)，3万吨甲醇，电解槽约6000小时满负荷小时数，沼气CO2。该项目没有具体地址，只是规划的电力来自太阳能Park碳来自沼气。

https://renewablesnow.com/news/maersk-vessel-to-run-on-green-methanol-from-european-energy-751353/

https://mobilitywatch.dk/nyheder/infrastruktur/article13787953.ece

瑞典Liquid Wind公司的FlagshipONE 项目，70MW电解槽（西门子是项目成员之一，估计要用它的PEM），5万吨甲醇，电解槽约7500小时满负荷小时数。碳源是生物质热电联产（下图）发电厂，如下图。

https://www.offshore-energy.biz/orsted-joins-liquid-wind-on-flagshipone-e-methanol-project/ https://bioenergyinternational.com/liquid-wind-secures-site-and-carbon-dioxide-for-swedens-first-e-fuel-facility/

项目金额1500万欧元，由瑞典环境保护署的“Klimatklivet”（气候步骤）资助。

瑞典和丹麦这俩项目为啥这么高小时数？有可能只是“最大”，实际产能可能会小得多；就算真这么高也可以理解，因为这两个国家的可再生能源比例一个比一个高。如下图，瑞典是接近70%，丹麦是接近80%。德国其实也只有40%而已，中国是30%（15%水电），跟丹麦瑞典不是一个量级的。所以丹麦的项目，我怀疑可能要用网电；瑞典FlagshipONE项目好理解一些，生物质电力本来就是稳定的绿电，连绿电和生物基CO2都有了，完美，就是碳捕集成本，其实挺高，瑞典人自己计算的大概多数在70-100欧元/吨。(Johanna Beiron等，International Journal of Greenhouse Gas Control,118 (July), 103684, 2022.)

丹麦的电力，风能占大头，生物质能也不少。如下图。

新加坡，亚洲第一家绿色电制甲醇工厂，包括丹麦航运公司马士基在内的六家公司建立了合作伙伴关系，旨在建立亚洲第一家绿色电制甲醇工厂，最低年产量为50000吨，在2022年底成功完成可行性研究之前，该试点工厂将在新加坡建立，这也是东南亚首个此类项目。将捕获的生物源二氧化碳转化为绿色电制甲醇。，并将为马士基一系列以甲醇为燃料的集装箱船提供燃料。（公号“龙de船人”：马士基与6家公司合作，计划在南亚建立试点绿色甲醇工厂）。新加坡基本没有可再生电力吧？

荷兰在Hynetherlands项目（HyNL），海上风电。规划2030年电解槽的容量从100MW扩展到1.85GW，实现绿氢与二氧化碳捕获项目进行结合，并可能通过绿氢制造甲醇。该项目将引入来自Hollandse Kust West的绿色电力。法国能源公司ENGIE与欧洲最大的甲醇生产商OCI和德国最大垃圾焚烧发电企业EEW合作。该合作伙伴关系将通过结合可再生氢和生物源CO2来生产e-甲醇

Hynetherlands to Produce E-Methanol Grom Green Hydrogen and Non-recyclable Waste

https://www.rechargenews.com/energy-transition/offshore-wind-to-methanol-engie-and-partners-to-combine-1-85gw-of-green-hydrogen-with-captured-co2/2-1-1216569

绿色甲醇主要推手：航运巨头

STENA

世界上第一艘甲醇动力改造渡轮项目就是由第一大甲醇生产商梅赛尼斯（Methanex）和世界著名滚装船东之一瑞典Stena Line以及瓦锡兰（发动机）合作的。Stena旗下有Stena Bulk和Stena Line等等不同船舶公司，还有海上钻井平台业务。Stena Bulk与全球第二大甲醇生产商Proman建立了合资企业，专门推动甲醇船舶。6月17日，由中国船舶集团有限公司旗下中国船舶工业贸易有限公司和广船国际有限公司作为联合卖方，为塞浦路斯Proman Stena公司建造的系列甲醇双燃料5万吨化学品/成品油船的首制船“Stena Pro Patria”号成功实现“云交付”，该船是国内承接、建造、交付的首艘甲醇双燃料动力船舶。（国内首艘甲醇双燃料5万吨化学品/成品油船交付龙de船人）

马士基Maersk

马士基的目标是到2040年实现净零排放。

2021年8月，马士基与现代重工签署8+4艘甲醇双燃料动力集装箱船马士基增订4艘16000TEU甲醇双燃料集装箱船（【订单】马士基增订4艘16000TEU甲醇双燃料集装箱船

龙de船人2022-01-11）。

TEU是英文Twenty-feet Equivalent Unit的缩写，以长度为20英尺的集装箱（所谓小柜）为单位，标准箱的意思。16000标准箱就是船的吨位能装载16000个20尺柜。

根据这个图，20节knots低速度下，16000TEU的船大概重油消耗量是200吨/天，250天航行，总共5万吨/年。一艘大型集装箱船（15000标准箱）每年消耗多达40000吨燃料“Torben Anker Sørensen Rene Laursen TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) Sustainable Maritime Fuels, 2021”。

甲醇热值是重油的大约一半，一年大概需要10万吨量级的甲醇。12艘就需要120万吨。是马士基公开其绿色甲醇需求量要求2倍：

马士基：公司甲醇燃料需求达600万吨/年

“这些船舶的总货运能力约为194,100标准箱，占公司当前总运力的4.6%，每年需要约500,000吨甲醇。”

全球约90%的贸易量依赖航运。航运每天需使用400万桶石油，相当于全球石油产量的4%，或相当于沙特阿拉伯日产量的三分之一。全球石油产量大概是50亿吨，4%就是2亿吨。按热值统一都是10kWh/kg计算，甲醇是5.58kWh/kg，全球航运燃料消耗量约对应甲醇量约3.45亿吨。目前全球大约1.4亿吨甲醇产能，2010年约8000万吨甲醇产能。可行性不谈，蛋糕足够大。

https://www.greencarcongress.com/2022/03/20220311-maersk.html

需要注意的是，马士基并不是网络上说的单向押注甲醇船，人家也订了LNG船，还是中国造船给造：大单！MSC的6艘16000TEU新造船，关键设备选了这个中国品牌信德海事2022-06-16

甲醇做为船用燃料的经济性

航运脱碳路线，其实比的就是燃料成本。如下图，船舶建造成本在TCO里占比极低，绝对大头是燃料成本。下图出处采用的燃料成本是：船舶重油4000元/吨，氨4000元/吨。根据前文分析，离网风光电价2毛以内，电解槽运行满负荷小时数大于4000，理论上可以达到4000元以内每吨绿氨成本。根据卓创资讯数据，近7日船用油全国主流市场均价是6400元/吨。

建造成本（上）和总拥有成本TCO（下）

汪颖异，魏梅，绿色低碳燃料船舶总拥有成本分析，船舶，2021

关键点来了：

不管氨和甲醇每吨多少钱，他们的Power to X路线获得的每千瓦时成本接近，氨更低一些，按照我们第一篇公号的计算，氨和甲醇分别0.75和0.8元每千瓦时。重油低位热值是10.83kWh/kg，即重油成本是8000元/吨时，绿氨和绿醇可实现与重油平价。重油碳排放按3.3吨/吨计算，碳税每增加300元，重油实际成本上升1000元。

更关键的点来了：

氨和甲醇分别0.75和0.8元每千瓦，对应3885和4464元/吨；2021年氨的均价在3500-4000元/吨，甲醇2021年均价在2300-2700。很显然，当作“原料”进入市场，绿氨的难度低得多，绿色甲醇距离市场价太远。

一般来说，燃料油价格在航运运价当中占比为15-50％之间。根据全球头部集装箱航运公司2021年年报，马士基和德国赫伯罗特的燃油成本仅占运价的12％和8％，主要因为2021年燃油费用大幅上涨两三成，但是运价上涨速度更快因此降低了燃油成本占比。

航运燃料什么好

我们翻译老外的文献的结论，值得仔细品：

利益相关者之间偏好的差异导致所含替代船用燃料选项的排名不同。根据船东、燃料生产商和发动机制造商的观点，液化天然气排名第一，重质船燃排名第二，其次是化石甲醇，最后是生物燃料。这些排名源于经济，特别是燃料价格，这是这些参与者的最高标准。另一方面，政府当局的观点导致可再生氢排在首位，可再生甲醇排在第二位，然后是二代生物柴油(Hydrotreated Vegetable Oil, HVO)。原因在于，温室气体排放和满足法规的可能性是这些利益相关者的首要标准。因此，为了推广使用脱硫器的LNG和重质船燃以外的其他选择，需要制定影响可再生航运燃料选择成本竞争力的政策。Julia Hansson et al. Alternative marine fuels: Prospects based on multi-criteria decision analysis involving Swedish stakeholders Biomass and Bioenergy, 126 (July), 2019, 159-173)。:1887-1905）。

为啥不直接用氢呢？

燃料电池电动船太贵，可以用氢内燃机啊！

其实这些鸡犬能升天，只有一个因素，氢的储运成本高，都快说恶心了。

船是典型的，跟车还不一样。车可以是分散的，挨着副产氢近距离建。船，是要大规模加燃料的，16000TEU的集装箱船1天耗百吨级别的燃料，要求港口是规模化的加注，就要对应上游是规模化的制、储和运——远距离大规模制氢+地下储氢（或大规模液氢）+纯氢管网，不这么干成本上天；但是基础设施的新建和完善，怎么也要十几二十年吧。

从这个意义上讲，甲醇可能确实是个很好的氢载体——陆上制备甲醇，以单船为例，就够它第一次航行的量即可；然后采用船上在线水蒸气重整+碳捕集（成本低）制氢，给氢燃料电池或者内燃机提供动力；捕集的CO2回来卸到岸上，用于下一次合成甲醇——这样就有低成本的碳源了，而且甲醇重整制氢非常成熟。听起来很费劲，很疯狂，成本肯定高昂？测算的结果是比直接用绿色e-甲醇便宜。下一期我们来分析它：HyMethShip概念，如下图。

具体流程链条为：1）岸上加注绿色甲醇（风光电-电解水制氢、CO2加氢）；2）在船上通过甲醇膜重整反应器将生成的氢气和CO2进行分离（燃烧前碳捕集）；3）生成的CO2以液态存储在船上的储罐，靠岸时再卸到港口用于后续甲醇合成。

• 甲醇只是航运脱碳过渡道路上的燃料候选者，目前推动力主要来自两个大船东。
• 长远看，直接用氢，直接用氢，直接用氢。
• 生物甲醇，生物质气化制甲醇，初期在需求量不大的情况下，规模化门槛相对较低。
• 零排放电转甲醇取决于生产过程和碳源，碳成本低的量很小（比如沼气），量大的成本高（比如生物质燃气电厂和空气捕捉）。低碳甲醇的碳来源较广泛。
• 我国国情下，电网电以煤电为大头，跟瑞典和丹麦没法比，我们必须离网，没有第二条路；考虑到满负荷小时数是电解槽制氢成本的主要因素，就必须风光耦合互补，没有第二条路（陆上）。
• 甲醇与氨相比，现阶段具有应用技术成熟和安全的优势。这一点，氨劣势比较明显。
• 氨不受氮来源限制，这一点甲醇劣势比较明显。氨合成工艺也更成熟。
• 从直接空气捕捉角度看，CO2合成甲醇的放热比较低（只有合成甲烷的四分之一），直接空气捕捉的主要成本是能耗，甲醇的放热杯水车薪。从这个意义上看，可再生天然气的未来成本（单位热值）一定是明显低于可再生甲醇的。
• 需求方和供方的合作会促进可再生甲醇的发展，马士基和Stena都是这样做的，他们准备承受高成本来破局；否则，可再生甲醇船燃将仍然面临氢燃料电池一样的鸡生蛋蛋生鸡问题。
• 绿氢和煤化工耦合的技术路线，从老外对煤制甲醇全生命周期碳排放的定量来看，在国际上很可能不被接受。
• 氨的单位热值市场价最高，可再生氨不具备经济性，可再生甲醇更不会有经济性。
• 我国的合成氨催化剂全球最牛逼，只是“你们”不知道。
• 能源属性最强的是甲烷——天然气。