我国绿色甲醇行业应用前景
思瀚产业研究院    2024-12-02

一、航运燃料

甲醇作为一种清洁替代能源，将燃料领域发挥重要作用。目前我国20%的甲醇消费用作燃料，未来有希望大幅提升。目前全球 80%的能源消费仍然通过煤炭、石油和天然气燃烧获取，甲醇是全球公认的清洁能源。甲醇是一种无色、透明、易挥发的易燃液体。作为燃料使用有如下特点：

（1）甲醇的理论热值为 19.83 MJ/kg，约为传统燃油理论热值的一半（42.5MJ/kg）；

（2）与传统燃料相比，醇类燃料燃烧时排气颜色清淡，颗粒排放较少；

（3）甲醇的含氧量高（50%），有利于燃料的完全燃烧，仅产生水和二氧化碳，一氧化碳和碳氢化合物的排放降低；

（4）甲醇的辛烷值远高于汽油，因此具有较好的抗爆性（辛烷值是表示燃料抗爆性能的参数，其数值越高，抗爆性能越好）；

（5）甲醇自燃温度较高，因此与汽油和柴油相比在使用过程中更加安全；

（6）甲醇具有汽化潜热大，火焰传播速度快等特性；

（7）与汽油和柴油相比，甲醇可与水无限混溶，且对海洋生物来说致死浓度比柴油高 240 倍，比汽油高 1900 倍，因此泄露后不会污染环境；

（8）甲醇在常温常压下为液体，与天然气相比更易储存和运输，而且甲醇的闪点比液化天然气低得多，具有更高的安全性。

欧盟通过碳关税政策促进航运燃料市场使用绿色甲醇航运业脱碳迫在眉睫，绿色甲醇是首选替代燃料。

航运业占据全球贸易总量的80%（联合国《2023 年海运评述》），目前航运燃料依赖柴油和汽油，相关温室气体排放量占比全球 3%。国际海事组织将航运业零碳排放的时间节点从本世纪末提前至 2050 年，并于 2030 年将总排放量减少至 2008 年的70%-80%，于2040年减少至 30%。

可再生能源载体是航运业脱碳的必由之路。可再生能源载体包括甲醇、液氨、液化天然气、液氢和压缩氢气、电池等。除了甲醇之外，其他载体均有明显短板：液化天然气（LNG）仍然存在碳排放量偏高的问题，而且为了使天然气处于液态需要制冷设备，燃料所占体积较大。

液氨在大功率、低速船用发动机应用技术上成熟度较低，液化氢气和压缩氢气面临储运风险较高和储存过程能耗大，因此在短时间内都不能实现大规模应用。电池当前已经大量用于客车和轻型车辆，但是其能量密度较低，要将其用于远距离海上运输还具有挑战性。

与其他可再生能源载体相比，甲醇具有诸多优势：

（1）环境效益。绿色甲醇燃烧后与柴油和汽油相比可减少99%的硫氧化物，60%的氮氧化物和 95%的颗粒物质，88%的二氧化碳排放量，并且在制备-燃烧全生命周期内实现极低碳排放甚至零碳排放。随着船运行业政策收紧，营运船舶势必需要增加绿色甲醇的使用量以达到相关碳排放要求。

（2）成本优势。尽管目前绿色甲醇的购买成本高于柴油，热值也仅有柴油的约一半，但从环境监管的角度考虑，达不到减排标准的船将被停运，给船舶及航运公司带来高额损失。另外即将加入欧盟排放交易计划的海运可能导致柴油的使用成本增加。在政策影响下未来绿色甲醇的综合成本将低于柴油。

（3）可用及便利性。据全球甲醇行业协会统计，2024 年全球约有122 个港口可以供应甲醇，绿色甲醇生产及运输储存装置也在大量部署中。另外基于甲醇的化学特性，仅需对目前的加注装置进行稍加改装即可用于甲醇的加注。储存方面由于甲醇是液体，可以直接储存在之前的柴油储罐中，无需配备制冷或加压装置等。综上，大部分港口都有完善的储存和加注设备。（4）技术成熟。在运营船舶方面，甲醇燃料动力船舶技术已经成熟，经过多年商业化的考验已经具有市场化发展的能力。

（5）安全性。甲醇与水可以无限互溶，生物降解速度快。瓦锡兰公司为甲醇发动机及其相关的燃料处理和储存系统制定了安全概念用以保证甲醇作为船舶燃料的使用安全。

（6）绿色甲醇作为航运的低碳替代燃料，已经具备全球范围内营运条件。

2019年，国际海事组织货物与集装箱运输分（CCC）委会第6 次会议上正式通过了《甲醇/乙醇燃料船舶安全临时导则》。

2020 年，海上安全委员会（MSC）第102届会议批准了《甲醇/乙醇燃料船舶安全暂行指南》，确立了甲醇作为船用燃料的目标、功能要求和规定。早在 2017 年，中国船级社就发布了《船舶应用替代燃料指南》，其中第一篇即为甲醇/乙醇部分。

2020 年我国交通运输部海事局年委托中国船级社开展甲醇燃料动力船舶相关技术研究，启动了甲醇船舶技术法规的研究和编制工作。2022 年，中国船级社发布了《船舶应用甲醇/乙醇燃料指南》，绿色甲醇作为低碳船运燃料推广已具备良好的政策环境。

全球航运业对甲醇燃料消费比例基数较低，不足 1000 万吨。2023 年全球共有2.88万艘 5000 总吨以上国际航行船舶，共消耗燃料 2.13 亿吨，其中重质燃料油，轻质燃料油及船用柴油等化石燃料占比 94.65%，其他燃料如液化天然气、甲醇等占比 5.35%。国际海事组织认为甲醇有望成为全球第四大航运燃料，2050 年航运业对绿色甲醇的需求量有望达到 1.9 亿吨。为了在 2040 年达到国际海事组织设定的减排70%的目标，至少约全球三分之一吨位的船舶需要使用可替代燃料，每年近半数的新造船舶应使用替代燃料。

根据国际海事组织预测，至2050 年，传统化石燃料市场份额将减少到 15%，而绿色甲醇的使用率将逐步上升至42%，每吨柴油对应约2.1吨的绿色甲醇，到 2050 年航运业对绿色甲醇的需求量有望达到1.9 亿吨。截至 2024 年 6 月，全球共有 35 艘甲醇动力船舶营运，订单量达到269 艘。在过去 12 个月中，全球船舶订单中约有 21%使用替代燃料，而在这些船舶中有半数以甲醇为燃料，这个比例预计还会大幅上涨。

航运巨头马士基、嘉吉和达飞也是甲醇燃料船舶的积极推动者。马士基于2021年 7 月签订了全球首艘甲醇燃料集装箱订单。2021 年8 月，马士基又签署了12艘甲醇燃料集装箱船建造合同。嘉吉从日本常石造船厂订购的2 艘散货船，法国达飞从大连造船厂订购的 6 艘大型集装箱船都采用了双燃料模式，以甲醇作为替代燃料。

我国航运业积极推动甲醇燃料船舶的使用。2019 年9 月，国内首艘甲醇燃料动力船“江龙号”下水。该船增加了甲醇和空气的混合装置、甲醇控制单元、甲醇燃料供给系统等设备，采用双燃料的模式航行。在该模式下“江龙号”的碳排放可以减少 50%-70%。中远海运也订购了 12 艘甲醇动力远洋集装箱货运船，绿色甲醇的需求量为 100 万吨/年。另外东海安和从芜湖造船厂订购的8 艘化学品船为双燃料模式，用甲醇作为燃料提供动力。

根据Ship&Bunker计算，目前甲醇船舶的订单量对应672万吨/年的绿色甲醇需求，大多数船舶预计于 2025 年下水，因此绿色甲醇的需求将在2025 年开始释放并预计快速扩大。预计到 2030 年全球每年至少有 2000 万吨的绿色甲醇需求，并且还将持续上升，占船用燃料的 10%左右。

二、化工原料

绿色甲醇将逐步替代现有甲醇产能。短期内，绿色甲醇的需求量增长主要源于其在燃料领域的应用，尤其是国际航运业。但从长期角度来看，由于甲醇是重要的化工原料之一，绿色甲醇在化工领域的需求仍占主导地位。甲醇是应用最广泛的四大基础化学品之一，2023 年我国甲醇下游应用的前三位分别为烯烃（50.5%），甲醇燃料（20.0%），甲醛（8.0%）。全球甲醇应用分布来看，甲醛制取占比达到 27%，烯烃制备占到 20%。每年合计消费量超过1亿吨。

制备烯烃：甲醇通过 MTO 技术制备烯烃是我国甲醇下游最大规模的应用场景，通过催化转化生产乙烯、丙烯等低碳烯烃。这些低碳烯烃是基本有机化工原料，广泛应用于塑料、含氧化合物、精细化学品等产品的生产。

制备甲醛：甲醛是甲醇的重要衍生物，广泛应用于胶黏剂、涂料、树脂等领域。基于甲醛制备的化学品具有不同的特性使之可应用于不同的应用场景。例如甲醛与尿素反应生成的脲醛树脂胶粘剂具有粘结力强、耐水性好等优点，因此在木材加工和家具制造等行业占有重要地位。而基于甲醛和醇酸树脂制备的醇酸甲醛树脂涂料表现出优异的附着力和稳定性，被用于建筑外墙和金属表面的涂饰。另外，由甲醛和苯酚反应制备的酚醛树脂具有良好的耐热性、绝缘性及高的机械强度，常被用在电子、电器等领域。

其他：甲醇还能够用于制备醋酸、甲胺和甲酸甲酯等。醋酸是常见的甲醇下游产品，在化工、食品和医药领域得以广泛应用。利用甲醇和一氧化碳经催化制备醋酸反应条件温和且产品纯度高。甲胺用于制备染料、药物等化学品，是医药和染料行业的关键性原料，甲酸甲酯能够用于制备香料和涂料。化工行业对甲醇的需求量巨大，目前煤制甲醇的碳排放极高。随着政策推动和技术降本，我们预期绿色甲醇将会逐步取代现有甲醇产能。现有的煤制甲醇产能以较低的改造成本升级为绿色甲醇产能。

煤制甲醇和生物质制甲醇以及电制甲醇的工艺流程中，均是利用催化剂将一氧化碳和氢气或二氧化碳和氢气转变为甲醇粗产品，然后对粗产品进行精馏提纯得到产品级甲醇，因此在不同的工艺中，合成气压缩单元，甲醇合成单元和甲醇精馏单元基本一致。

三、汽车燃料

甲醇燃料是汽车领域减碳及缓解油气供应紧张的重要举措。交通行业是全球高能源消耗和高碳排放的领域。我国汽车行业占汽油总消耗量的92%，占柴油消耗量的 75%。我国每年由汽车造成的碳排放超 9 亿吨，占整个交通运输业的85%。在燃料供应方面，我国石油和天然气高度依赖进口，2021 年分别达到72%和46%，是世界上最大的石油和天然气进口国，大力发展替代燃料是解决能源安全的重要举措。

目前，甲醇燃料包括 M15、M85 和 M100，甲醇的比例分别为15%、85%和100%。甲醇汽车的碳排放优势明显，配套设施改造成本小。当前同型的甲醇汽车、燃油车、氢能源汽车和电动汽车的综合百公里碳排指数分别为4、21.2、37.7 和12.1kg。

配套设施上，甲醇加注站的改造成本较小，降低了推广甲醇汽车的阻力。与电动车相比，甲醇汽车的回收处理成本较低，其结构与燃油汽车类似，报废处理体系已经成熟，不存在二次污染的问题。政策支持力度大，各地推动甲醇汽车试点工作。2019 年，国家发改委等八部门发文大力推广甲醇汽车的普及。

2021 年，工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》中指出 大力发展和推广新能源汽车，促进甲醇汽车等替代燃料汽车推广。地方政府也积极推动甲醇汽车的应用，2018 年西安市人民政府发布《西安市鼓励甲醇汽车产业发展若干政策》，鼓励各级行政事业单位和公共服务机构优先采购甲醇汽车，统筹加油站与 M100 甲醇加注站建设规划。2020 年山西省工信厅、省发改委等十二部门发布《加快推进甲醇汽车产业发展和全省推广应用的实施方案》，提供甲醇汽车的产能，在出租车和网约车领域推广甲醇汽车并建成M100甲醇加注站 100 座以上。

近年来，在政策和市场资源的支持下，甲醇汽车产业先后在多个地区如山西、上海、陕西、贵州、甘肃开展试点工作，试点车辆包括重型卡车、乘用车和厢式货车。

我国甲醇汽车技术储备处于世界领先水平。目前吉利、东风等国内整车制造企业通过自主研发已掌握了甲醇燃料供应系统、低温启动系统、耐醇/耐腐蚀性部件构造、低摩擦等关键技术和工艺，具备甲醇汽车自主开发能力。

自 2005 年以来，吉利汽车在甲醇领域的研发投入已超过30 亿元，累计获得了200余项技术专利，在商用、乘用车领域共计开发了 20 余款甲醇燃料汽车，如2022年 6 月上市的第 4 代帝豪醇电混动版。2022 年中国甲醇燃料汽车的生产量达到了 14.2 万辆，较2018 年增长了19.3%；甲醇燃料汽车销售量达 13.7 万辆，较 2018 年增长18.1%；全国甲醇燃料汽车市场保有量达 50.5 万辆，较 2018 年增长 22.9%。2022 年中国甲醇燃料汽车的消费量达到了 100.4 万吨，其中 M100 甲醇燃料消耗量为85.6 万吨，贵州省消耗33.3万吨位列第一，主要原因是该地区为 M100 甲醇出租车保有量最多的省份。

我国甲醇汽车短期发展缓慢，长期发展空间富足。尽管甲醇汽车在试点城市的推广初见成效，但还面临一些问题：甲醇加注站的规模较小，分布不够广泛；在发动机耐腐蚀性，燃料效率和排放控制等方面的技术需要进一步优化；绿色甲醇目前的产能有限且成本较高，增加了用车成本，影响了甲醇汽车的市场竞争力；各地政策差异较大，缺乏统一协调，短时间内难以大规模推广普及。但从长远角度看，甲醇汽车的需求将日益增长，产业链将协同发展，发展空间巨大。

四、储能/储氢载体

风电/光伏蓬勃发展，绿色甲醇为长时储能提供方案。我国风电和光伏产业近年来取得了长足发展，但是由于其具有随机性、间歇性和波动性等特点，电力供给端和需求端存在空间及时间的失配，导致我国每年弃电达到500 亿kWh。

为了合理运用绿电，实现削峰填谷，风电和光伏产业的发展必须配备长时储能的方案，绿色甲醇为实现可再生能源的长时储能提供了有效途径。我国电解水制氢技术已经相对成熟，将绿氢与二氧化碳反应制备得到甲醇可以很好地解决这一问题。甲醇在常温下是液体，其安全性与汽油相当，便于通关管道、海运等途径进行长距离运输。

同时甲醇可作为燃料直接燃烧发电或者通过甲醇燃料电池将化学能转变为电能，实现长时储能。与电化学储能相比，绿色甲醇在长距离和长时间的储能上具有显著优势，因为其能量密度大于电池，且不存在能量自耗散，可实现跨季节和跨地区的能量转移。10 万吨的甲醇生产可以消纳 700MW 的绿电，节约 30 万吨燃煤并减少14 万吨二氧化碳的排放。

甲醇还是氢能的载体。氢能是我国大力发展的可再生能源的重要组成部分，绿色甲醇可作为氢能载体解决氢能储存和运输的安全性及成本性问题。甲醇中储氢密度达 13%wt，是液氢的两倍。在水存在的条件下，利用甲醇重整制氢技术已经十分成熟，可实现氢气的迅速转化和释放。

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