從碳排放、原料來源等多方面進(jìn)行判定。

2023年，國際海事組織設(shè)定了到2030年實現(xiàn)5%~10%的零碳航運(yùn)燃料使用比例目標(biāo)，同時歐盟也即將開始對船舶領(lǐng)域征收碳稅。在此背景下，國際各大航運(yùn)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(shù)基本成熟等優(yōu)勢，成為了現(xiàn)階段最具規(guī)模化應(yīng)用潛力的方案之一。

中國在2023年有3種綠氫制甲醇技術(shù)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)示范。能景研究研究了國內(nèi)3種綠氫制甲醇技術(shù)的發(fā)展情況、碳排放情況等，并對3種路徑與歐盟相關(guān)低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)的符合性進(jìn)行了初步分析，以供行業(yè)參考。

01 

2023年國際上綠氫制甲醇燃料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)。分別為歐盟可再生能源領(lǐng)域法規(guī)《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(biāo)準(zhǔn)（GHS 2.0）中新增綠色甲醇專項標(biāo)準(zhǔn)。2份標(biāo)準(zhǔn)都對綠氫制甲醇燃料的碳排放、及原料來源等進(jìn)行了初步規(guī)定。

其中，歐盟標(biāo)準(zhǔn)屬于強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，中國向歐盟出口低碳甲醇燃料一般需滿足其規(guī)定：

碳排放方面，需要考慮原料、甲醇生產(chǎn)、甲醇運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)造成的總碳排（全生命周期碳排放）。

根據(jù)歐盟《可再生能源指令》相關(guān)規(guī)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(jié)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(cè)重于綠氫來源的規(guī)定，碳原料來源尚等待完善。

綠氫來源上，需保證“真綠”。根據(jù)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(wǎng)電制氫等。

碳原料來源上，生物質(zhì)、化石來源的碳捕集等均可。但歐盟對于碳捕集的規(guī)定尚未完善，僅提出有關(guān)減排量計算的初步規(guī)定：若在其他標(biāo)準(zhǔn)或方法學(xué)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(xù)新方法學(xué)出臺。

2023年，中國有3種綠氫制甲醇技術(shù)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。其中包括綠氫耦合煤制甲醇技術(shù)（后文簡稱“綠氫+煤”）、綠氫耦合生物質(zhì)制甲醇技術(shù)（后文簡稱“綠氫+生物質(zhì)”）、二氧化碳加綠氫制甲醇技術(shù)（后文簡稱“綠氫+CO2”）等3種主流技術(shù)。

3種技術(shù)路徑的工藝差別較大，碳排放量及原料來源不一。據(jù)能景研究測算，3種技術(shù)路徑要滿足歐盟的低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)均非易事，都需要在工藝、原料來源等方面做到提前調(diào)研與嚴(yán)格把控。

02 

“綠氫+煤”碳排放達(dá)到2 kg CO2/kg甲醇以上，無法滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)煤制甲醇技術(shù)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(jīng)過水煤氣變換步驟（CO+水蒸氣→H2與CO2）補(bǔ)充氫氣，將CO與H2調(diào)節(jié)至合適比例，最后反應(yīng)生成甲醇。

其中，水煤氣變換補(bǔ)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(shù)在傳統(tǒng)煤制甲醇技術(shù)基礎(chǔ)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(chǎn)CO與少量H2；之后補(bǔ)充綠氫，調(diào)節(jié)CO與H2至合適比例來反應(yīng)生成甲醇。

綠氫的引入減少了CO消耗與CO2產(chǎn)生量，同時最高可將甲醇產(chǎn)量提高1倍以上。當(dāng)綠氫供應(yīng)量足夠時，可完全取代傳統(tǒng)煤制氫的水煤氣變換反應(yīng)，此時每生產(chǎn)1噸甲醇約需要綠氫0.09噸。

從碳排放來看，“綠氫+煤”在生產(chǎn)及原料兩個環(huán)節(jié)均超標(biāo)。

全生命周期中，能景研究認(rèn)為，“綠氫+煤”可將傳統(tǒng)“煤制甲醇”的生產(chǎn)過程中的碳排放降低70%左右，但仍超過歐盟標(biāo)準(zhǔn)；

再加上來自煤炭原料的碳、甲醇運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值。

03

“綠氫+生物質(zhì)”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(biāo)準(zhǔn)

“綠氫+生物質(zhì)”技術(shù)利用生物質(zhì)氣化提供碳源、并結(jié)合綠氫合成甲醇。“綠氫+生物質(zhì)”有兩條技術(shù)路徑，一是利用秸稈等生物質(zhì)氣化劑生成CO與少量H2，之后引入綠氫調(diào)節(jié)CO與H2的比例來生產(chǎn)甲醇；二是將生物質(zhì)氣化為二氧化碳，再配合綠氫生產(chǎn)甲醇。

除技術(shù)路徑外，在不同生物質(zhì)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(chǎn)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(shù)每生產(chǎn)1噸甲醇需要綠氫約0.11噸；使用路徑二技術(shù)每生產(chǎn)1噸甲醇需要綠氫約0.19噸。

從碳排放來看，“綠氫+生物質(zhì)”可滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)，但取決于工藝路線及優(yōu)化水平。

全生命周期來中，以秸稈生物質(zhì)作原料時為例，來自生物質(zhì)的碳排放按凈零計算，碳排主要來自生物質(zhì)氣化或甲醇生產(chǎn)過程中的化石燃料燃燒供熱，取決于反應(yīng)溫度、余熱回收利用技術(shù)水平等；

再加上運(yùn)輸?shù)冗^程碳排后，“綠氫+生物質(zhì)”甲醇燃料全生命周期碳排放約0.12~0.74 kgCO2/kg甲醇。當(dāng)采取升級供熱系統(tǒng)、利用其他裝置余熱供熱等節(jié)能工藝后，碳排放理論上可低至0.12kgCO2/kg甲醇，滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)。

從原料來源來看，“綠氫+生物質(zhì)”較為容易滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)。

生物質(zhì)原料方面，供應(yīng)鏈及認(rèn)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(zhì)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)制定及認(rèn)證已有10多年歷史，尤其到2023年中國對歐出口生物燃料（非綠氫制取）已超百萬噸級別。

綠氫方面，已有標(biāo)準(zhǔn)可依。歐盟方面的綠氫標(biāo)準(zhǔn)已相對完善并初具可行性。且從國內(nèi)已有的綠氫示范項目來看，要滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上有門檻，但不高，更多的是經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)但“零碳”碳源有限

“綠氫+CO2”技術(shù)利用工業(yè)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(shù)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(shù)實現(xiàn)二氧化碳與綠氫反應(yīng)合成制甲醇。

“綠氫+CO2”技術(shù)工藝流程短、原料成分簡單，其原料配比也相對固定，每生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)，但取決于其反應(yīng)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(rèn)證或未計算過減碳量的來源），碳排放主要來自于生產(chǎn)過程中化石燃料燃燒供熱等；

加上運(yùn)輸?shù)冗^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(zhì)供熱等低碳方式進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。

從原料來源來看，真正“零碳”的碳捕集來源或十分有限。

根據(jù)歐盟《可再生能源指令》中“不可重復(fù)計算碳捕集減排量”的規(guī)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?qū)⒉豢稍偎阕髁闾迹�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(biāo)準(zhǔn)。

除化石來源尾氣碳捕集之外，對于生物質(zhì)電廠尾氣等來源的二氧化碳，依然要等待相關(guān)方法學(xué)出臺，最終是否能算作零碳，或碳排放的系數(shù)的高低，仍有不確定性。

內(nèi)容節(jié)選自《2024年氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展年報》，完整報告將于“2024氫基能源論壇”發(fā)布，敬請關(guān)注。

來源：能景研究

作者：南枝

END

       原文標(biāo)題 : 前瞻|“綠氫+生物質(zhì)”制甲醇或最符合歐盟低碳甲醇燃料標(biāo)準(zhǔn)