在2023年，國際海事組織定下了到2030年達(dá)成5%至10%的零碳航運(yùn)燃料使用比例的目標(biāo)，與此同時(shí)，歐盟也準(zhǔn)備對船舶領(lǐng)域開征碳稅。在這樣的全球趨勢和政策背景下，各大國際航運(yùn)公司紛紛尋求低碳替代燃料方案。目前，綠氫制取的甲醇因成本相對較低、合成和利用技術(shù)已相當(dāng)成熟，被認(rèn)為是當(dāng)前最具規(guī)模化應(yīng)用潛力的選擇之一。

一、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，歐盟通過其《可再生能源指令》（RED）新增條款，而國際綠氫組織則在其第二版綠氫標(biāo)準(zhǔn)（GHS 2.0）中設(shè)立了綠色甲醇專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，兩大權(quán)威機(jī)構(gòu)均首次推出了綠氫制甲醇的相關(guān)規(guī)范。這兩份標(biāo)準(zhǔn)均對綠氫制甲醇燃料的碳排放和原料來源進(jìn)行了初步界定。

特別是歐盟的標(biāo)準(zhǔn)，具有強(qiáng)制性，要求出口到歐盟的低碳甲醇燃料必須符合其規(guī)定。在碳排放方面，這些標(biāo)準(zhǔn)不僅考慮了甲醇生產(chǎn)過程中的碳排放，還擴(kuò)展到了原料和運(yùn)輸?shù)热芷诘奶寂欧拧８鶕?jù)RED的規(guī)定，綠氫制甲醇的全生命周期碳排放必須低于28.2g CO2/MJ，相當(dāng)于每千克甲醇的碳排放量不得超過約0.56千克CO2。

在原料碳來源方面，這些標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于綠氫的來源，要求綠氫必須來自完全可再生電力或綠電比例超過90%的電網(wǎng)電力。至于碳原料的來源，雖然生物質(zhì)和化石來源的碳捕集都被認(rèn)為是可行的，但歐盟對于碳捕集的具體規(guī)定仍在完善中，目前僅提出了有關(guān)減排量計(jì)算的初步要求。這意味著，未來綠氫制甲醇燃料的國際規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)仍有待進(jìn)一步發(fā)展和完善。

2023年，中國成功推進(jìn)了三種主流的綠氫制甲醇技術(shù)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，它們分別是綠氫耦合煤制甲醇技術(shù)（簡稱“綠氫+煤”）、綠氫耦合生物質(zhì)制甲醇技術(shù)（簡稱“綠氫+生物質(zhì)”）以及二氧化碳加綠氫制甲醇技術(shù)（簡稱“綠氫+CO2”）。這些技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化標(biāo)志著中國在綠氫制甲醇領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，為推動(dòng)清潔能源和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

二、“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，煤氣化是碳源和灰氫的主要來源。煤被氣化后，產(chǎn)生一氧化碳（CO）和少量氫氣（H2）。隨后，通過水煤氣變換過程，消耗大約50%的CO原料，以產(chǎn)生占總需求30%~70%的氫氣，同時(shí)生成二氧化碳（CO2）。調(diào)節(jié)CO與H2的比例后，最終合成甲醇。

“綠氫+煤”技術(shù)則對傳統(tǒng)煤制甲醇技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，引入了綠氫來替代灰氫。在這一過程中，煤氣化步驟仍然保留，生成CO和少量H2。隨后，通過補(bǔ)充綠氫來調(diào)節(jié)CO與H2的比例，從而合成甲醇。綠氫的引入不僅減少了CO的消耗和CO2的產(chǎn)生量，而且在理想情況下，能將甲醇的產(chǎn)量提高一倍以上。當(dāng)綠氫供應(yīng)充足時(shí)，甚至可以完全取代水煤氣變換反應(yīng)。在這種情況下，每生產(chǎn)1噸甲醇大約需要0.09噸的綠氫。

然而，從碳排放的角度來看，“綠氫+煤”技術(shù)在生產(chǎn)和原料兩個(gè)環(huán)節(jié)都存在超標(biāo)問題。盡管在全生命周期中，這一技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)煤制甲醇生產(chǎn)過程中的碳排放降低約70%，但這仍然超過了歐盟的標(biāo)準(zhǔn)。加上來自煤炭原料和甲醇運(yùn)輸過程中的碳排放，全生命周期的碳排放量約為2.3~2.6 kg CO2/kg甲醇，遠(yuǎn)超過歐盟規(guī)定的限值。這意味著，“綠氫+煤”技術(shù)在實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型方面仍有待進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。

三、“綠氫+生物質(zhì)”碳排放約0.12~0.74 kg CO2/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)結(jié)合了生物質(zhì)氣化提供的碳源與綠氫來合成甲醇。該技術(shù)存在兩條路徑：一是利用秸稈等生物質(zhì)通過氣化生成CO與少量H2，隨后引入綠氫調(diào)整CO與H2比例以生產(chǎn)甲醇；二是先將生物質(zhì)氣化為二氧化碳，再與綠氫結(jié)合生產(chǎn)甲醇。

不同的生物質(zhì)原料和工藝方案（包括氣化劑種類、溫度、壓力等）會(huì)影響綠氫的用量、甲醇產(chǎn)量和碳排放量。例如，在秸稈利用率較高的工藝中，路徑一每生產(chǎn)1噸甲醇需要約0.11噸綠氫，而路徑二則需要約0.19噸綠氫。

在碳排放方面，“綠氫+生物質(zhì)”技術(shù)有潛力滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)，但具體取決于工藝路線和優(yōu)化程度。在全生命周期中，以秸稈生物質(zhì)為例，碳排放主要來自生物質(zhì)氣化或甲醇生產(chǎn)過程中的化石燃料燃燒供熱，這取決于反應(yīng)溫度和余熱回收利用技術(shù)水平?？紤]到運(yùn)輸過程中的碳排放，“綠氫+生物質(zhì)”甲醇燃料的全生命周期碳排放約為0.12~0.74 kg CO2/kg甲醇。通過采用節(jié)能工藝，如升級供熱系統(tǒng)或利用其他裝置余熱供熱，理論上碳排放可降低至0.12kg CO2/kg甲醇，從而符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)。

在原料來源方面，“綠氫+生物質(zhì)”技術(shù)相對容易滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)。生物質(zhì)原料的供應(yīng)鏈和認(rèn)證體系已經(jīng)相當(dāng)成熟，特別是自2009年歐盟推出第一版《可再生能源指令》以來，國際上圍繞生物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)制定和認(rèn)證已有10多年的歷史。此外，中國在2023年對歐出口的生物燃料（非綠氫制?。┮殉^百萬噸級別。對于綠氫方面，已有相對完善的標(biāo)準(zhǔn)和初具可行性的技術(shù)。從國內(nèi)已有的綠氫示范項(xiàng)目來看，要達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)，雖然技術(shù)上存在一定門檻，但并不高，更多的是經(jīng)濟(jì)性的考量。

四、“綠氫+CO2”碳排放約0.12~0.94 t CO2/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)是一種創(chuàng)新的合成甲醇方法，它利用工業(yè)尾氣中的二氧化碳作為碳源，并結(jié)合綠氫進(jìn)行反應(yīng)。首先，通過“碳捕集”技術(shù)從化工廠、燃煤電廠等工業(yè)尾氣中收集二氧化碳。隨后，引入綠氫，利用“二氧化碳加氫”技術(shù)，使二氧化碳與綠氫發(fā)生反應(yīng)，從而合成甲醇。

這一技術(shù)流程相對簡潔，原料成分清晰，每生產(chǎn)1噸甲醇大約需要0.19噸的綠氫。在碳排放方面，“綠氫+CO2”技術(shù)有很大的潛力滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)，但具體表現(xiàn)還取決于反應(yīng)過程中的供熱來源等因素。

在全生命周期中，由于碳捕集得到的二氧化碳被視為凈零排放（僅限于未參與碳認(rèn)證或未計(jì)算減碳量的來源），主要的碳排放來自于生產(chǎn)過程中化石燃料燃燒供熱等環(huán)節(jié)。加上運(yùn)輸過程中的碳排放后，“綠氫+CO2”甲醇燃料的全生命周期碳排放大約在0.12噸至0.94噸CO2/噸甲醇之間。然而，如果采用綠電、綠氫、生物質(zhì)供熱等低碳方式進(jìn)行供熱，全生命周期的碳排放理論上可以降低至約0.12 kg CO2/kg甲醇，從而滿足歐盟的標(biāo)準(zhǔn)。

在原料來源方面，是否真正實(shí)現(xiàn)“零碳”還需考慮減排量的歸屬問題。根據(jù)歐盟《可再生能源指令》中關(guān)于“不可重復(fù)計(jì)算碳捕集減排量”的規(guī)定，一旦火電廠、化工廠等納入碳市場，它們尾氣中捕集的二氧化碳在交易后可能不再被視為零碳。這意味著使用這些二氧化碳合成的甲醇全生命周期碳排放可能超過1 kg CO2/kg甲醇，遠(yuǎn)超歐盟的標(biāo)準(zhǔn)。

除了化石來源的尾氣碳捕集外，對于生物質(zhì)電廠尾氣等來源的二氧化碳，目前仍需要等待相關(guān)方法學(xué)的出臺(tái)。因此，這些二氧化碳是否能算作零碳，或者其碳排放系數(shù)的具體數(shù)值，目前仍具有不確定性。