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綠色甲醇作為一種安全、高效、可再生的清潔能源，常溫常壓下為液態(tài)，在儲運(yùn)性、多功能應(yīng)用和市場潛力方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的絕佳路徑。
甲醇是重要的化工原材料，以甲醇為原料的化工產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)基本成熟，已經(jīng)具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的條件。隨著全球減碳事業(yè)不斷推進(jìn)，“綠色甲醇”正在引起科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)界和資本市場的關(guān)注。
何謂綠色甲醇？主要用途有哪些？
目前國際上尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)定義綠色甲醇，國家可再生能源署建議按生產(chǎn)原料來源將甲醇分為綠色、藍(lán)色、灰色和棕色。全球甲醇行業(yè)協(xié)會中國區(qū)首席代表趙凱指出：“我認(rèn)為，如果能夠使用可再生的原料制取甲醇，并且其全生命周期的碳足跡能夠做到足夠低，就可以稱為綠色甲醇?！?/span>
甲醇（Methanol）又稱羥基甲烷、木醇或木精，一種有機(jī)化合物，是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，其化學(xué)式為CH3OH/CH4O，沸點(diǎn)為64.7℃，相對密度為0.792kg/L。甲醇很輕、揮發(fā)性強(qiáng)、易燃，呈無色透明液體，伴有刺激性氣味。甲醇是水溶性的，可生物降解，分解為二氧化碳與水。
圖源：綠碳中能
甲醇的上游是煤炭、天然氣、焦?fàn)t氣等。我國“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了甲醇制取以煤制為主。據(jù)中國化工報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2022年煤制甲醇產(chǎn)量為6794.1萬噸，占總產(chǎn)量的84.7%，剩余產(chǎn)能為焦?fàn)t氣制甲醇占總產(chǎn)量的9.1%、天然氣制甲醇占總產(chǎn)量的6.3%。
甲醇作為重要的化工原料之一，可直接用于化工合成，下游主要合成產(chǎn)品有烯烴，甲醛、醋酸、二甲醚、MTBE、DMF等。近年來甲醇下游消費(fèi)格局變化不大，烯烴仍占據(jù)首位，需求占比達(dá)到54%；甲醇燃料憑借其獨(dú)特的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性發(fā)展較快，位居第二位；傳統(tǒng)的甲醛、醋酸分別位居第三、四位。
甲醇與氫產(chǎn)業(yè)互利共促
綠氫和甲醇的循環(huán)促進(jìn)了“綠氫-甲醇-綠氫”新模式的發(fā)展：
圖源網(wǎng)絡(luò)
（1）甲醇儲氫
氫能體積能量存儲密度比較低，儲運(yùn)環(huán)節(jié)的安全性、便攜性一直是氫能發(fā)展的瓶頸所在，極大程度上限制了其在居民生活、輪船航運(yùn)、儲能等領(lǐng)域應(yīng)用。甲醇作為氫能載體，可以長期儲存，安全等級等同于汽油。氫儲運(yùn)帶來的甲醇需求，或?qū)⒊蔀榧状籍a(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)。
不同燃料的體積能量密度
圖源網(wǎng)絡(luò)
從儲存量看，70 MPa高壓氣氫的體積能量密度僅為4.7 GJ/m3，是甲醇的30%左右；-256℃下的液氫的體積能量密度僅為8.5 GJ/m3，還需要額外的壓縮與制冷成本。反觀甲醇的體積能量密度，為15.8 GJ/m3，其單位體積內(nèi)氫存儲量最高。
成本方面，甲醇的密度、物態(tài)等物理性質(zhì)與油氣相當(dāng)接近，比氫更適應(yīng)現(xiàn)有能源設(shè)施。甲醇非常切合現(xiàn)有的化石燃料供應(yīng)鏈及動力系統(tǒng)，這樣一來，整體的社會建設(shè)成本更低。尤其在燃料需求大、空間有限、安全要求高的船舶航運(yùn)領(lǐng)域，氫能應(yīng)用需要大規(guī)模的儲運(yùn)、加氫及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而甲醇卻可借助現(xiàn)有成熟的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，具備更高的經(jīng)濟(jì)性。
安全性方面，相比氣態(tài)氫，甲醇在常溫下為液態(tài)，更加穩(wěn)定、安全，便于運(yùn)輸。且系統(tǒng)無高溫高壓，運(yùn)行更加安全可靠。
（2）甲醇制氫
甲醇制氫是未來制氫技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，與其他制氫方法相比，甲醇制氫具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
價(jià)格低廉 甲醇作為一種常見的化工原料，原料易獲取且價(jià)格低廉。此外，甲醇制氫的裝置投資低、建設(shè)周期短，成本顯著降低。
氫氣的產(chǎn)率高 氫元素利用率高，甲醇含氫量高，能量密度高，氫氣的產(chǎn)率高，單甲醇重整制氧系統(tǒng)日均產(chǎn)氫量達(dá)50-500公斤。
制氫裝置簡單 甲醇便于儲存和運(yùn)輸，裝備規(guī)模靈活，可以做成組裝式或可移動式的甲醇制氫裝置。
甲醇制氫的技術(shù)路徑包括：甲醇水蒸氣重整制氫、甲醇裂解制氫、甲醇部分氧化制氫、甲醇電解制氫、超聲波分解甲醇水溶液制氫。其中，甲醇水蒸氣重整制氫技術(shù)的氫含量最高，具有操作方便、反應(yīng)條件溫和、副產(chǎn)物成分少、易分離，且技術(shù)成熟的特點(diǎn)，是當(dāng)前甲醇制氫的最佳選擇。
甲醇水蒸氣技術(shù)：由甲醇與水蒸氣混合物通過加壓，在催化劑和170~300℃反應(yīng)溫度的條件下實(shí)現(xiàn)裂解轉(zhuǎn)化，生成氫氣和二氧化碳，其反應(yīng)式如下：
甲醇水蒸氣重整制氫工藝流程圖
圖源：氫電邦
“甲醇是目前最好的制氫材料?！卑拇罄麃唶夜こ淘和饧菏?、南方科技大學(xué)清潔能源研究院院長劉科多次公開表示，甲醇是把燃料電池的高效性和液體燃料的好處，兩者結(jié)合起來，這是未來氫能的一個(gè)方向。
（3）綠氫制甲醇
甲醇綠色發(fā)展成必然趨勢，向甲醇生產(chǎn)中引入綠氫將成為減少碳排放的有力選擇。
針對煤制甲醇工藝，引入綠氫主要為傳統(tǒng)煤制甲醇的合成氣供氫，當(dāng)氫氣的比例提高，一般只需降低WGS裝置負(fù)荷，即可在不進(jìn)行大裝置改動的情況下，實(shí)現(xiàn)氫能引入的低成本減排。
目前，我國綠氫制備成本相對來說仍然較高，但是儲能行業(yè)熱議的“液體陽光”概念提供了新思路。通過風(fēng)能、太陽能等可再生能源分解水制綠氫，然后利用綠氫將二氧化碳通過碳捕獲封存技術(shù)轉(zhuǎn)化為甲醇（綠色甲醇）。將可再生資源綜合循環(huán)利用起來，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。
“綠氫規(guī)?；瘍﹄姷募夹g(shù)，是可再生能源向其他能源形式轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵?！敝袊茖W(xué)院院士、物理化學(xué)家李燦表示，“綠氫的好處在于，可以在源頭上解決很多工業(yè)過程中的碳排放問題，同時(shí)在這過程中還可以實(shí)現(xiàn)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，這樣一來二氧化碳就成為了一種資源。”
甲醇的多元化生產(chǎn)路徑中，綠氫可與多條路徑耦合。煤制甲醇、二氧化碳加氫制甲醇等均存在一定規(guī)模的綠氫需求空間。同時(shí)，甲醇儲氫的安全性和經(jīng)濟(jì)性、制加氫工藝的安全高效、低排放，亦可促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高效落地。
隨著全球?qū)夂蜃兓闹匾曇约叭蚝竭\(yùn)業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)κ褂谩傲闾肌比剂系挠残砸?，綠色甲醇的需求將會越來越大。作為我國重要的基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)，綠色甲醇行業(yè)契合了降碳、消納綠電及二氧化碳等技術(shù)優(yōu)勢，在碳中和宏觀目標(biāo)下，發(fā)展綠色甲醇已成為必然趨勢。
（作者：奉嬌）
