2023年，国际海事组织设定了到2030年实现5%~10%的零碳航运燃料使用比例目标，同时欧盟也即将开始对船舶领域征收碳税。在此背景下，国际各大航运公司开始考虑多种低碳替代燃料方案，其中，绿氢制取的甲醇以成本相对较低、合成及利用技术基本成熟等优势，成为了现阶段最具规模化应用潜力的方案之一。
中国在2023年有3种绿氢制甲醇技术进入了产业示范。能景研究研究了国内3种绿氢制甲醇技术的发展情况、碳排放情况等，并对3种路径与欧盟相关低碳燃料标准的符合性进行了初步分析，以供行业参考。
2023年，欧盟与国际绿氢组织分别首次推出了绿氢制甲醇相关标准。分别为欧盟可再生能源领域法规《可再生能源指令》（RED）新增条款，以及国际绿氢组织第二版绿氢标准（GHS 2.0）中新增绿色甲醇专项标准。2份标准都对绿氢制甲醇燃料的碳排放、及原料来源等进行了初步规定。
根据欧盟《可再生能源指令》相关规定，绿氢制甲醇燃料的全生命周期碳排放须低于28.2g CO2/MJ；结合甲醇约19.9 MJ/kg的低位热值推算，全生命周期碳排放需要低于约0.56 kgCO2/kg甲醇。
绿氢来源上，需保证“真绿”。根据欧盟《可再生能源指令》，绿氢来源仅限于完全可再生电力制氢、或绿电比例超过90%的网电制氢等。
碳原料来源上，生物质、化石来源的碳捕集等均可。但欧盟对于碳捕集的规定尚未完善，仅提出有关减排量计算的初步规定：若在其他标准或方法学中已计算过减排量，则不可再算作零碳碳源；其余的碳捕集二氧化碳，需等待后续新方法学出台。
2023年，中国有3种绿氢制甲醇技术进入了产业化阶段。其中包括绿氢耦合煤制甲醇技术（后文简称“绿氢+煤”）、绿氢耦合生物质制甲醇技术（后文简称“绿氢+生物质”）、二氧化碳加绿氢制甲醇技术（后文简称“绿氢+CO2”）等3种主流技术。
3种技术路径的工艺差别较大，碳排放量及原料来源不一。据能景研究测算，3种技术路径要满足欧盟的低碳燃料标准均非易事，都需要在工艺、原料来源等方面做到提前调研与严格把控。
传统煤制甲醇技术中，利用煤气化提供碳源、灰氢来合成甲醇。首先将原料煤气化，生成CO与少量H2；之后经过水煤气变换步骤（CO+水蒸气H2与CO2）补充氢气，将CO与H2调节至合适比例，最后反应生成甲醇。
其中，水煤气变换补充氢气的过程中，消耗了50%以上的CO原料，提供了占总需求30%~70%的氢气。
“绿氢+煤”技术在传统煤制甲醇技术基础上、引入绿氢替代灰氢来合成甲醇。即，过程中保留煤气化过程生产CO与少量H2；之后补充绿氢，调节CO与H2至合适比例来反应生成甲醇。
绿氢的引入减少了CO消耗与CO2产生量，同时最高可将甲醇产量提高1倍以上。当绿氢供应量足够时，可完全取代传统煤制氢的水煤气变换反应，此时每生产1吨甲醇约需要绿氢0.09吨。
全生命周期中，能景研究认为，“绿氢+煤”可将传统“煤制甲醇”的生产过程中的碳排放降低70%左右，但仍超过欧盟标准；
再加上来自煤炭原料的碳、甲醇运输过程中的碳排放等，“绿氢+煤”甲醇燃料全生命周期碳排放约2.3~2.6 kgCO2/kg甲醇，大幅超过欧盟标准规定限值。
03.“绿氢+生物质”碳排放约0.12~0.74 kgCO2/kg甲醇，其中工艺选择等决定了能否满足欧盟标准
“绿氢+生物质”技术利用生物质气化提供碳源、并结合绿氢合成甲醇。“绿氢+生物质”有两条技术路径，一是利用秸秆等生物质气化剂生成CO与少量H2，之后引入绿氢调节CO与H2的比例来生产甲醇；二是将生物质气化为二氧化碳，再配合绿氢生产甲醇。
除技术路径外，在不同生物质原料、不同工艺方案（含气化剂种类、温度、压力等）等因素下，绿氢用量、甲醇产量、碳排放量等也有着较大差异。
如在某秸秆利用率较高的工艺中，使用路径一技术每生产1吨甲醇需要绿氢约0.11吨；使用路径二技术每生产1吨甲醇需要绿氢约0.19吨。
全生命周期来中，以秸秆生物质作原料时为例，来自生物质的碳排放按净零计算，碳排主要来自生物质气化或甲醇生产过程中的化石燃料燃烧供热，取决于反应温度、余热回收利用技术水平等；
再加上运输等过程碳排后，“绿氢+生物质”甲醇燃料全生命周期碳排放约0.12~0.74 kgCO2/kg甲醇。当采取升级供热系统、利用其他装置余热供热等节能工艺后，碳排放理论上可低至0.12kgCO2/kg甲醇，满足欧盟标准。
生物质原料方面，供应链及认证体系都已相对成熟。从欧盟2009年推出第一版《可再生能源指令》开始，国际上围绕生物质进行的标准制定及认证已有10多年历史，尤其到2023年中国对欧出口生物燃料（非绿氢制取）已超百万吨级别。
绿氢方面，已有标准可依。欧盟方面的绿氢标准已相对完善并初具可行性。且从国内已有的绿氢示范项目来看，要满足欧盟标准，在技术上有门槛，但不高，更多的是经济性衡量。
04.“绿氢+CO2”碳排放约0.12~0.94 tCO2/吨甲醇，可满足欧盟碳排标准但“零碳”碳源有限
“绿氢+CO2”技术利用工业尾气捕集CO2提供碳源、并配合绿氢合成甲醇。首先以“碳捕集”技术收集来自化工厂、燃煤电厂等尾气中的二氧化碳；之后引入绿氢，以“二氧化碳加氢”技术实现二氧化碳与绿氢反应合成制甲醇。
“绿氢+CO2”技术工艺流程短、原料成分简单，其原料配比也相对固定，每生产1吨甲醇约需绿氢0.19吨。
全生命周期中，碳捕集得到的二氧化碳原料按净零计算（此处仅限未参与过碳认证或未计算过减碳量的来源），碳排放主要来自于生产过程中化石燃料燃烧供热等；
加上运输等过程碳排后，“绿氢+CO2”甲醇燃料全生命周期碳排放约0.12 t~0.94 tCO2/吨甲醇。若采用绿电、绿氢、生物质供热等低碳方式进行供热，全生命周期碳排理论上可降至约0.12 kgCO2/kg甲醇，满足欧盟标准。
根据欧盟《可再生能源指令》中“不可重复计算碳捕集减排量”的规定，如火电厂、化工厂等纳入碳市场后，其尾气中碳捕集到的大部分二氧化碳，或将不可再算作零碳，用此合成的甲醇全生命周期碳排放将超过1 kgCO2/kg甲醇，大幅超过欧盟标准。
除化石来源尾气碳捕集之外，对于生物质电厂尾气等来源的二氧化碳，依然要等待相关方法学出台，最终是否能算作零碳，或碳排放的系数的高低，仍有不确定性。
内容节选自《2024年氢能产业发展年报》，完整报告将于“2024氢基能源论坛”发布，敬请关注。
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