綠色甲醇的應用和市場前景

一、甲醇簡介及產業(yè)概況

甲醇是最為常見、應用場景最為廣泛的基礎化學品，是生產所有其他化學品的四種關鍵基礎化學品之一，全球年產量超億噸；當前甲醇主要以天然氣或煤炭為制備原料，作為碳排量巨大的化工行業(yè)，其減排降碳勢在必行。綠色甲醇以生物質或綠氫+可再生二氧化碳為原料，在“雙碳”背景下，作為低碳燃料成為短期內最具潛力的需求增長點。

（一）甲醇簡介

甲醇與乙烯、丙烯和氨是用于生產所有其他化學品的四種關鍵基礎化學品之一，全球近三分之二的甲醇會用于生產例如甲醛、乙酸和塑料等其他化學品。甲醇傳統(tǒng)的應用領域包括甲醛、MTO/MTP、MTBE、醋酸、二甲醚等。其中，消費領域位列前三的依次是甲醛、MTO/MTP、MTBE；就全球范圍的甲醇下游使用需求來看，目前，甲醛是甲醇的主要終端用途，占比近30%，多作為生產酚醛樹脂與黏合劑及其他有機化學晶體的原料，可應用于建筑、汽車等多個領域。MTO（甲醇制烯烴）是全球僅次于甲醛的甲醇下游用途，在中國，MTO是甲醇下游的第一大需求場景，需求占中國甲醇消費量的60%上下。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）預測，全球甲醇產量將從2020年的1億噸增加到2050年5億（見圖1），其中綠色甲醇和生物甲醇將達到2.5億和1.35億噸。

（二）產業(yè)概況

中國是全球最大的甲醇消費與生產國，中國的產能約占全球的58%；當前全球甲醇貿易流通量已超過3000萬噸，中東是主要甲醇貿易輸出地，而中國、東南亞、西歐則為主要的輸入地區(qū)。根據(jù)金信期貨的數(shù)據(jù)，截至2023年底，我國甲醇總產能1.05億噸，占比世界將近60%；中國已成為全球第一大甲醇生產國。同時由于中國擁有極為龐大的工業(yè)體系，對于甲醇這一基礎化工品的消耗需求巨大，國內的產能無法滿足自身的消耗需求，仍需通過進口來填補甲醇的供應缺口，根據(jù)wind的數(shù)據(jù)，2023年中國甲醇進口量約為1455萬噸。

（三）政策及項目

為實現(xiàn)“雙碳”目標，中國發(fā)布了一系列綠色甲醇制備、應用的鼓勵性政策（見表1）。在低碳政策的支持下，綠醇在汽車燃料、燃料電池、船舶燃料、有機添加劑等場景擁有巨大的潛在應用市場。

國際方面，國際海事組織（IMO）海洋環(huán)境保護委員會第八十次會議（MEPC80）于2023年7月通過了《2023年IMO船舶溫室氣體（GHG）減排戰(zhàn)略》，提出在2050年前后達到凈零排放新目標。疊加2030年的中短期目標（達到20%的減排幅度和5%的零溫室氣體排放技術/燃料使用），船東很難通過改善單艘船的運營來實現(xiàn)，而必須選擇低碳技術或燃料，綠色甲醇由此得到眾多關注。美國2023年頒布的《交通部門脫碳藍圖》計劃可持續(xù)性燃料（如綠色甲醇）推廣至航運等難實現(xiàn)電氣化轉型的行業(yè)。

歐盟于2019年12月推出了《歐洲綠色新政》，核心目標是到2050年實現(xiàn)碳中和，并于2021年7月提出“Fitfor55”一攬子計劃，以實現(xiàn)到2030年溫室氣體減排55%。該計劃所覆蓋的系列立法舉措為碳中和目標的達成開辟了新路，其中的碳排放交易體系（ETS）、替代燃料基礎設施（AFIR）、能源稅（ETD）對綠色甲醇有明顯的助推作用。此外，在“可再生能源指令”（REDⅡ）修訂版推出后，可再生能源無論是消費總量還是在交通運輸領域都有更高的目標，這將為綠色甲醇的推廣提供新的機會。

根據(jù)勢銀能鏈的統(tǒng)計，2024年以來，我國綠色甲醇項目累計有41個有所進展，表2是2024年部分大型綠色甲醇項目具體數(shù)據(jù)。但需注意的是，許多項目的二氧化碳來源仍然屬于不可再生，以當前歐盟對煤制甲醇全生命周期碳排放定量來看，不會被認定為綠色甲醇。此外，部分項目試點已開展通過空氣中二氧化碳捕獲和太陽能電解水制綠氫進行甲醇合成的示范項目，制取綠色甲醇。

全球范圍內，也有許多成規(guī)模的綠醇項目。目前國際能源巨頭積極布局綠醇產業(yè)，New Hope Energy、Enerkem等綠色技術開發(fā)企業(yè)為多項綠色甲醇項目提供技術支持。同時，在全球交通運輸業(yè)低碳轉型的大背景下，汽車、船運行業(yè)的龍頭公司不斷推動綠色甲醇技術研發(fā)和項目落地。

二、綠色甲醇的定義及技術路線

（一）綠色甲醇的定義

目前國際上并無明確的“綠色甲醇”的概念界定。甲醇的綠色與否主要取決于甲醇的合成原料——氫氣/合成氣及二氧化碳的來源。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）的建議，可按甲醇的生產原料來源將其分為綠醇、藍醇、灰醇和棕醇，當原料氫氣和二氧化碳的來源均為可再生時，合成的甲醇可以認定為綠醇。其中可再生氫氣指可再生能源制取氫氣，包括清潔電力電解水制氫、綠色生物質制氫等；可再生的二氧化碳指生物質來源二氧化碳或直接空氣捕獲二氧化碳。國際可持續(xù)發(fā)展與碳認證（International Sustainability Carbon Certification，ISCC）體系對于綠色甲醇的定義稍松一些，即若原料為生物來源，全過程（從原料端到產品使用端）需減碳65%；若原料為非生物來源，全過程需減碳70%。

（二）技術路線

按照IRENA的定義，綠色甲醇的技術路線主要分為兩種：二氧化碳加綠氫路線和生物質路線（見圖2）。值得注意的是，綠色甲醇與傳統(tǒng)灰色甲醇在二氧化碳加氫合成工藝上并無太大差別，都采用熱催化法為主，近年來，電化學等新型合成工藝涌現(xiàn)，但尚不成熟。主要差異在于綠氫以及碳源。

二氧化碳加綠氫制甲醇路線主要依托于綠氫的產出，綠色甲醇工廠一般建在風光綠電電站附近。對于二氧化碳加綠氫制甲醇，IRENA定義碳源只有生物質與直接碳捕（DAC）才屬于綠色甲醇，但直接碳捕的成本過高，目前成本大約到125～335美元/噸（國際能源署，2022），大約是煤化工、天然氣等集中碳源的十倍左右，而且DAC的捕獲量也無法支撐大規(guī)模綠色甲醇的生產。目前我國生物質制甲醇生產原料分布比較分散，收集、儲存和運輸成本均相對較高，這也是制約生物質制甲醇產業(yè)化發(fā)展的難題。目前中國也有許多項目通過碳耦合綠氫制甲醇，雖然不符合IRENA的認定標準，但對于中國甲醇行業(yè)減排有著更重要的實際意義。

三、綠色甲醇的應用場景和前景

甲醇下游應用場景繁多。總體上，甲醇制烯烴、甲醇燃料、甲醛長期為甲醇最為主要的三大下游需求場景。甲醇下游需求結構與下游行業(yè)景氣度息息相關，甲醇制烯烴下游細分應用場景分散且規(guī)模巨大，總體需求量保持穩(wěn)定。受房地產等下游市場下行影響，甲醛、二甲醚等傳統(tǒng)需求場景增長緩慢。

從未來發(fā)展趨勢來看，碳中和的大背景下，中國受制于“少油少氣多煤”的能源稟賦，傳統(tǒng)甲醇制烯烴以煤制甲醇為主，碳排量巨大，且甲醇制烯烴從能耗和效率上并不如石油制烯烴路線，近年來甲醇制烯烴新投產項目呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢。另一方面，甲醇作為一種較為清潔、高效的液體燃料，燃料用途成為甲醇下游最具潛力的需求增長點，可廣泛應用于車船用動力燃料或鍋爐發(fā)電供熱燃料，甲醇燃料需求穩(wěn)步上升，是甲醇最突出的新型需求。

（一）甲醇制烯烴

甲醇制烯烴是全球甲醇第二大消耗場景、中國最大的甲醇消耗場景。乙烯、丙烯等低碳烯烴是現(xiàn)代化學工業(yè)的基礎原材料，根據(jù)鋼聯(lián)數(shù)據(jù)，2023年中國乙烯產量達4519萬噸、丙烯產能達4782萬噸，但尚未實現(xiàn)低碳烯烴的自給自足，乙烯、丙烯2023年的進口量均在210萬噸以上，低碳烯烴仍然存在巨大的供需缺口。

受國家“十四五”規(guī)劃、《中國制造2025》有關綠色發(fā)展指標以及“碳達峰碳中和”目標等相關政策的引導，降低碳排放、提高碳原子利用率和拓展CO2資源化利用途徑是甲醇制烯烴行業(yè)目前的發(fā)展趨勢；中國傳統(tǒng)甲醇制烯烴以煤基甲醇為主要原料，其碳排量巨大，近年來CO2直接加氫氣合成綠色甲醇，再經一定的催化反應制取烯烴產品可有效將CO2資源化利用，成為甲醇制烯烴行業(yè)的發(fā)展大方向之一。

（二）甲醛

全球范圍來看，甲醛是甲醇占比最大的下游用途，約27%的甲醇用于甲醛的制備生產；國內范圍來看，在甲醇制烯烴規(guī)?；a前，甲醛同樣為中國最大的甲醇應用場景。2023年中國甲醛產能達3680萬噸，占全球的50%以上，但國內甲醛的產能利用率長時間在60%上下，存在著一定的產能過剩問題?？傮w上，甲醛行業(yè)已經進入頭部集中化的發(fā)展階段，甲醛行業(yè)發(fā)展與房地產等下游行業(yè)發(fā)展景氣度周期高度重合，受下游房地產行業(yè)下行，家具、裝修板材等相關制成品需求較之前有明顯下滑的影響，甲醛行業(yè)預計在中短期內難有大幅增長。近幾年的國內甲醛行業(yè)以去產能基調為主，預計其在甲醇下游應用占比將有所下降。

（三）儲能儲氫介質

氫氣被認為是未來最理想的主要清潔能源之一，但氫氣制取成本高、儲存及運輸困難等問題是制約氫能產業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，而綠色甲醇以綠氫為原料，是氫能第二大使用消納場景。甲醇可作為氫能源的重要消納途徑與儲運媒介。甲醇行業(yè)的整體成熟度遠高于氫能，目前甲醇的制備、儲運、使用等環(huán)節(jié)的技術與基礎設施十分完備，上游綠氫加可再生二氧化碳或工廠捕集的二氧化碳合成甲醇，經成熟的甲醇儲運體系運送至下游需求場景，可有效解決當前氫能儲運技術與標準體系不成熟造成的氫能應用困難問題。

（四）甲醇燃料

甲醇燃料作為民用及工業(yè)燃料應用時間已久，下游應用場景廣泛（見表3）。甲醇燃料不僅可用作內燃機中的汽油添加劑，提高傳統(tǒng)燃機效率，還可應用于改裝的燃油發(fā)動機以及混合動力和燃料電池車輛中作為重要的混合動力燃料或完全的直接燃料，也被視為清潔能源用于船舶內燃機的燃料。

當前航運業(yè)減排壓力巨大，綠色甲醇有望成為中短期高可行性的低碳燃料方案。船舶運輸是當前國際貿易的主要貨運形式，其承擔了全球貿易運輸總量的90%以上。船用動力機特別是遠洋船舶需要較大的功率輸出，目前燃料主要以燃油為主，會排放大量的二氧化碳。在此背景下，船運行業(yè)的減排壓力越來越大，尤其疊加歐盟碳稅的影響，船運行業(yè)的減排問題已迫在眉睫，在液化天然氣、甲醇、氫、氨等碳船舶燃料的各種可能替代方案中，甲醇由于其轉換成本低、可獲得性高、基礎設施相對完善、技術成熟度較高等優(yōu)勢，逐漸引起關注，并有望成為中短期內最具可行性的方案。

2024年1月，DNVAFI（可替代燃料洞察平臺）發(fā)布了最新的全球航運船舶數(shù)據(jù)（見圖3），2023年全球總共新增298艘替代燃料動力船舶訂單，同比2022年增長8%。2023年甲醇成為新增訂單的主流，訂單大幅增加（138艘），近乎2022年35艘訂單的四倍，與液化天然氣燃料船舶訂單數(shù)量（130艘）“并駕齊驅”。

四、發(fā)展建議

綠色甲醇適用于碳中和的前中期階段，雖然目前甲醇具備最成熟的內燃機技術與最低的船舶改造成本，但在歐盟碳稅等政策影響下，如何在中短期內獲取低成本穩(wěn)定的可再生碳源是綠色甲醇抓住窗口期、實現(xiàn)規(guī)模應用的瓶頸問題。

綠色甲醇的發(fā)展可以通過多方面的努力來推進。

首先，技術進步是關鍵。制氫技術的優(yōu)化非常重要，綠氫是制備綠色甲醇的關鍵原料。通過優(yōu)化電解水制氫技術，提高電解效率，降低電力消耗和成本，可以提升綠氫的經濟性，從而提升綠色甲醇的經濟性。同時提升生物質氣化和液化的技術水平，提高其轉化效率，能夠降低生物質制綠色甲醇的成本。具體方法包括改進催化劑、優(yōu)化反應條件以及開發(fā)更高效的生物質預處理技術。此外，通過技術創(chuàng)新，提高綠色甲醇生產過程中的工藝精細度，減少能源和原料的浪費，進一步降低生產成本。這包括流程優(yōu)化、自動化控制和能量回收利用等技術手段的應用。

其次，CO2捕集與利用（CCU）是綠色甲醇發(fā)展的另一個重要方面。開發(fā)更高效、低成本的CO2捕集技術，能夠提供穩(wěn)定且價格低廉的碳源，這是制備綠色甲醇的關鍵。例如，利用先進的吸附材料和吸收液，提高CO2捕集效率，降低操作成本。同時，通過技術創(chuàng)新，提高CO2轉化為甲醇的效率，降低能源消耗，提升經濟效益，從而降低綠色甲醇的整體成本。探索新型催化劑和反應器設計，提升CO2氫化反應的選擇性和轉化率，是實現(xiàn)這一目標的有效途徑。