“綠氫+生物質”制甲醇或最符合歐盟低碳甲醇燃料標準
2024-01-23 12:22:45
來源：能景研究
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我有話要說
從碳排放、原料來源等多方面進行判定。
2023年，國際海事組織設定了到2030年實現5%~10%的零碳航運燃料使用比例目標，同時歐盟也即將開始對船舶領域征收碳稅。在此背景下，國際各大航運公司開始考慮多種低碳替代燃料方案，其中，綠氫制取的甲醇以成本相對較低、合成及利用技術基本成熟等優勢，成為了現階段最具規�；瘧脻摿Φ姆桨钢�。
中國在2023年有3種綠氫制甲醇技術進入了產業示范。能景研究研究了國內3種綠氫制甲醇技術的發展情況、碳排放情況等，并對3種路徑與歐盟相關低碳燃料標準的符合性進行了初步分析，以供行業參考。
01.2023年國際上綠氫制甲醇燃料的相關標準初步成形
2023年，歐盟與國際綠氫組織分別首次推出了綠氫制甲醇相關標準。分別為歐盟可再生能源領域法規《可再生能源指令》（RED）新增條款，以及國際綠氫組織第二版綠氫標準（GHS 2.0）中新增綠色甲醇專項標準。2份標準都對綠氫制甲醇燃料的碳排放、及原料來源等進行了初步規定。
其中，歐盟標準屬于強制性標準，中國向歐盟出口低碳甲醇燃料一般需滿足其規定：
碳排放方面，需要考慮原料、甲醇生產、甲醇運輸等環節造成的總碳排（全生命周期碳排放）。
根據歐盟《可再生能源指令》相關規定，綠氫制甲醇燃料的全生命周期碳排放須低于28.2g CO2/MJ；結合甲醇約19.9 MJ/kg的低位熱值推算，全生命周期碳排放需要低于約0.56 kgCO2/kg甲醇。
原料中的碳來源方面，側重于綠氫來源的規定，碳原料來源尚等待完善。
綠氫來源上，需保證“真綠”。根據歐盟《可再生能源指令》，綠氫來源僅限于完全可再生電力制氫、或綠電比例超過90%的網電制氫等。
碳原料來源上，生物質、化石來源的碳捕集等均可。但歐盟對于碳捕集的規定尚未完善，僅提出有關減排量計算的初步規定：若在其他標準或方法學中已計算過減排量，則不可再算作零碳碳源；其余的碳捕集二氧化碳，需等待后續新方法學出臺。
2023年，中國有3種綠氫制甲醇技術進入了產業化階段。其中包括綠氫耦合煤制甲醇技術（后文簡稱“綠氫+煤”）、綠氫耦合生物質制甲醇技術（后文簡稱“綠氫+生物質”）、二氧化碳加綠氫制甲醇技術（后文簡稱“綠氫+CO2”）等3種主流技術。
3種技術路徑的工藝差別較大，碳排放量及原料來源不一。據能景研究測算，3種技術路徑要滿足歐盟的低碳燃料標準均非易事，都需要在工藝、原料來源等方面做到提前調研與嚴格把控。
02 .“綠氫+煤”碳排放達到2 kg CO2/kg甲醇以上，無法滿足歐盟標準
傳統煤制甲醇技術中，利用煤氣化提供碳源、灰氫來合成甲醇。首先將原料煤氣化，生成CO與少量H2；之后經過水煤氣變換步驟（CO+水蒸氣→H2與CO2）補充氫氣，將CO與H2調節至合適比例，最后反應生成甲醇。
其中，水煤氣變換補充氫氣的過程中，消耗了50%以上的CO原料，提供了占總需求30%~70%的氫氣。
“綠氫+煤”技術在傳統煤制甲醇技術基礎上、引入綠氫替代灰氫來合成甲醇。即，過程中保留煤氣化過程生產CO與少量H2；之后補充綠氫，調節CO與H2至合適比例來反應生成甲醇。
綠氫的引入減少了CO消耗與CO2產生量，同時最高可將甲醇產量提高1倍以上。當綠氫供應量足夠時，可完全取代傳統煤制氫的水煤氣變換反應，此時每生產1噸甲醇約需要綠氫0.09噸。
從碳排放來看，“綠氫+煤”在生產及原料兩個環節均超標。
全生命周期中，能景研究認為，“綠氫+煤”可將傳統“煤制甲醇”的生產過程中的碳排放降低70%左右，但仍超過歐盟標準；
再加上來自煤炭原料的碳、甲醇運輸過程中的碳排放等，“綠氫+煤”甲醇燃料全生命周期碳排放約2.3~2.6 kgCO2/kg甲醇，大幅超過歐盟標準規定限值。
03.“綠氫+生物質”碳排放約0.12~0.74 kgCO2/kg甲醇，其中工藝選擇等決定了能否滿足歐盟標準
“綠氫+生物質”技術利用生物質氣化提供碳源、并結合綠氫合成甲醇。“綠氫+生物質”有兩條技術路徑，一是利用秸稈等生物質氣化劑生成CO與少量H2，之后引入綠氫調節CO與H2的比例來生產甲醇；二是將生物質氣化為二氧化碳，再配合綠氫生產甲醇。
除技術路徑外，在不同生物質原料、不同工藝方案（含氣化劑種類、溫度、壓力等）等因素下，綠氫用量、甲醇產量、碳排放量等也有著較大差異。
如在某秸稈利用率較高的工藝中，使用路徑一技術每生產1噸甲醇需要綠氫約0.11噸；使用路徑二技術每生產1噸甲醇需要綠氫約0.19噸。
從碳排放來看，“綠氫+生物質”可滿足歐盟標準，但取決于工藝路線及優化水平。
全生命周期來中，以秸稈生物質作原料時為例，來自生物質的碳排放按凈零計算，碳排主要來自生物質氣化或甲醇生產過程中的化石燃料燃燒供熱，取決于反應溫度、余熱回收利用技術水平等；
再加上運輸等過程碳排后，“綠氫+生物質”甲醇燃料全生命周期碳排放約0.12~0.74 kgCO2/kg甲醇。當采取升級供熱系統、利用其他裝置余熱供熱等節能工藝后，碳排放理論上可低至0.12kgCO2/kg甲醇，滿足歐盟標準。
從原料來源來看，“綠氫+生物質”較為容易滿足歐盟標準。
生物質原料方面，供應鏈及認證體系都已相對成熟。從歐盟2009年推出第一版《可再生能源指令》開始，國際上圍繞生物質進行的標準制定及認證已有10多年歷史，尤其到2023年中國對歐出口生物燃料（非綠氫制�。┮殉偃f噸級別。
綠氫方面，已有標準可依。歐盟方面的綠氫標準已相對完善并初具可行性。且從國內已有的綠氫示范項目來看，要滿足歐盟標準，在技術上有門檻，但不高，更多的是經濟性衡量。
04.“綠氫+CO2”碳排放約0.12~0.94 tCO2/噸甲醇，可滿足歐盟碳排標準但“零碳”碳源有限
“綠氫+CO2”技術利用工業尾氣捕集CO2提供碳源、并配合綠氫合成甲醇。首先以“碳捕集”技術收集來自化工廠、燃煤電廠等尾氣中的二氧化碳；之后引入綠氫，以“二氧化碳加氫”技術實現二氧化碳與綠氫反應合成制甲醇。
“綠氫+CO2”技術工藝流程短、原料成分簡單，其原料配比也相對固定，每生產1噸甲醇約需綠氫0.19噸。
從碳排放來看，“綠氫+CO2” 可滿足歐盟標準，但取決于其反應過程中的供熱來源等。
全生命周期中，碳捕集得到的二氧化碳原料按凈零計算（此處僅限未參與過碳認證或未計算過減碳量的來源），碳排放主要來自于生產過程中化石燃料燃燒供熱等；
加上運輸等過程碳排后，“綠氫+CO2”甲醇燃料全生命周期碳排放約0.12 t~0.94 tCO2/噸甲醇。若采用綠電、綠氫、生物質供熱等低碳方式進行供熱，全生命周期碳排理論上可降至約0.12 kgCO2/kg甲醇，滿足歐盟標準。
從原料來源來看，真正“零碳”的碳捕集來源或十分有限。
根據歐盟《可再生能源指令》中“不可重復計算碳捕集減排量”的規定，如火電廠、化工廠等納入碳市場后，其尾氣中碳捕集到的大部分二氧化碳，或將不可再算作零碳，用此合成的甲醇全生命周期碳排放將超過1 kgCO2/kg甲醇，大幅超過歐盟標準。
除化石來源尾氣碳捕集之外，對于生物質電廠尾氣等來源的二氧化碳，依然要等待相關方法學出臺，最終是否能算作零碳，或碳排放的系數的高低，仍有不確定性。
內容節選自《2024年氫能產業發展年報》，完整報告將于“2024氫基能源論壇”發布，敬請關注。
標簽： 制甲醇
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