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  甲醇是一种重要的化工原料,在化学工业中占有重要的地位;同时,甲醇是公认的清洁、高效、低碳液体燃料,在交通和热力领域的地位日渐重要。近年来,甲醇的能源属性日益凸显,其在热力燃料领域的消费规模不断扩张,也为我国碳达峰、碳中和目标背景下能源低碳转型带来新的探索方向。

  2021年3月发布的《中国甲醇燃料行业调研报告(2020)》显示,当前,我国甲醇作为清洁能源在使用规模上已经位居世界第一,且无论是作为车用燃料,还是作为热力用燃料,已经形成一套较为成熟的技术体系。近两年,甲醇在供热锅炉与家用采暖炉、工业窑炉、灶具等热力燃烧领域的应用提速势头迅猛,“英语在线”网站为中国英语学习者提供更佳选择以2019年数据为例,该年度我国甲醇燃料消费量达到569.8万吨,其中热力燃烧领域消耗的甲醇占比逾87%。

  据中国石化联合会醇醚专委会副会长马良介绍,目前,甲醇在热力燃烧领域的应用市场已遍及27个省份,其中有20个省份年度使用量超过10万吨,位居全国前五的陕西、山西、河南、安徽、广东五省合计占比达到40.8%。

  从产能分布情况来看,目前中国甲醇产能主要集中在西北、华北及华东地区,其中西北地区甲醇产能占比32.9%、华北地区占比30.7%、华东地区占比18.9%。

  目前,我国已基本建立丰富的甲醇燃料产品体系和应用产业链。按照甲醇燃料应用使用的器具不同,我国甲醇燃料产品可分为:专用汽车用高比例甲醇燃料、常规汽车用低比例甲醇汽油、燃烧器用甲醇燃料、灶用醇基燃料、船舶内燃机用甲醇燃料等。随着甲醇燃料应用技术逐渐走向成熟,甲醇燃料已广泛化、工程化、规模化、规范化应用于交通燃料、供热燃料和灶用燃料等领域,企业的数量和规模都已进入快速发展通道。甲醇燃料应用涉及的专用设施设备、专用器具、专用部件等产业链正在逐步建立。目前甲醇燃料应用涉及的政策措施、标准规范、技术保障体系日益完善,特别是甲醇汽车整车生产商龙头企业的技术和规模优势明显,产业和市场集中度高。

  甲醇交通燃料应用将进入快速发展阶段。2018年我国历时六年开展的甲醇汽车试点工作顺利结束。以此为基础,2019年部分地区M100甲醇汽车投放量迅速增长。截至2019年底,仅西安与贵阳两市M100甲醇出租车累计投放量达18491辆,同时贵州、山西、陕西、甘肃四省M100甲醇出租车累计投放量达到19401辆。由此,2019年M100及M85车用甲醇燃料的消耗量达到50.7万吨。随着各地政府推广应用甲醇汽车相关政策措施的逐步落地,车用甲醇燃料的使用量将呈现明显增长态势。

  甲醇作为热力燃料将发挥重要作用。甲醇热力燃料应用市场规模大,分布广,技术成熟度较高,安全保障性强。此前发布的《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》,加速推动了甲醇燃料热力清洁燃烧应用的市场规模增长。2019年甲醇燃料用于锅炉、家用采暖炉、窑炉、灶具等热力燃烧市场的消耗量达到了500.3万吨。随着部分地区热力燃烧清洁替代燃料工作的推进,甲醇热力燃料应用的市场消耗量有望持续保持较高水平的增长。

  今年全国两会期间,全国政协委员、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿提交了《绿色氢能和液态阳光甲醇:完成碳中和目标的路径》以及《完成碳中和目标,实施液态阳光甲醇的碳排放权交易等政策》两份建议,呼吁以“液态阳光”技术为依托,帮助中国早日完成“双碳”目标。

  “液态阳光”,即“清洁甲醇”和“绿色甲醇”,是利用太阳能等可再生能源产生的电力电解水生产氢,并将二氧化碳与氢合成为甲醇等便于储运的绿色液态燃料。相关测算显示,1吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳。按照我国2020年甲醇年产能9358万吨计算,每年的甲醇产能可转化上亿吨二氧化碳;如果用可再生能源合成的“液态阳光”甲醇规模化替代汽油,那么每年则可实现减排二氧化碳超10亿吨,与我国植树造林减排二氧化碳的最大值相当。

  李灿表示,中国的新疆、内蒙古、宁夏等地区具有丰富的煤资源,同时具有显著的可再生能源资源优势,适宜发展绿色氢能和液态阳光技术,这些地区占国土面积的近三分之二,主要分布在西部,与东部沿海地区相比,经济发展相对落后,就地消纳可再生能源的能力有限,实现碳中和目标的压力更大。“液态阳光”甲醇应用可解决可再生能源规模化储能问题,并将其向东部沿海等其他地区安全输运,由此带动西部地区经济发展和产业升级。

  值得一提的是,全球第一个规模化太阳燃料合成示范项目已于2020年1月在兰州正式投入运营,迈出了我国利用可再生能源大规模生产绿色甲醇的第一步,也意味着我国甲醇燃料行业为能源结构绿色低碳转型发展添上色彩浓重的一笔。

  与将氢气压缩到高压汽车储氢罐相比,甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体。以甲醇为原料,将小型的甲醇重整制氢设备与燃料电池进行高度集成,氢气即产即用,可实现即时制氢发电。“1升液氢(需冷凝到零下253摄氏度)只有72克氢气,1升甲醇跟水反应可放出143克氢气,1升甲醇的产氢量是1升液氢的2倍。”澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科说,“液体燃料输运成本低,也便于长期储存,这是液体能源的优势所在。”

  刘科表示,人类已投资建设了液体燃料基础设施,这些基础设施不会被轻易放弃,甲醇制氢路线,可以很好地将已有加油站等设施利用起来。由此可见,甲醇在线制氢系统在规模化方面有明显优势,兼容性强,可利用现有基础设施,有效避开一些商业化瓶颈。

  另外,刘科认为甲醇能源已迎来了很好的发展机遇。甲醇现阶段可以作为能源、燃料、化工等行业的标准化原料,在长期发展进程中,甲醇还将对可再生能源具有极高的兼容性,同一套甲醇储运基础设施,可同时满足近期及中长期需求。“液态形式有能量密度高、可大规模运输、易实现低成本跨海输送等优点,转化成液体,是其他可再生能源将来的一个发展方向。”

  此前,中国船舶集团有限公司第七一八研究所完成签约甲醇制氢设备海外供货,实现了该设备直接出口零的突破,成功拓展海外氢能市场,显示了甲醇制氢的可观前景。

  船舶行业是环境污染的“重灾区”。海事系统“十四五”规划明确提出,到2025年,营运船舶氮氧化物、硫氧化物排放与2020年相比分别下降7%、6%。为了满足行业日益严格的排放标准,并实现能源多元化,我国一直致力于在船运行业推广可替代清洁燃料。

  2021年4月21日,第二届世界内燃机大会新闻发布会上,中国船舶集团有限公司第七一一研究所所长董建福表示,船舶动力低碳化是当前非常重要的课题。数据显示在当前应用场景下,甲醇清洁能源动力船舶相比于纯柴油动力船艇经济性提升10%以上,一氧化碳减少96%、THC碳氢化物减少99%、烟度减少54%,具备良好的经济性和环保性。

  2017年正式颁布实施的《船舶应用替代燃料指南》,可为20米及以上的钢质船舶(包括以自身货物作燃料的甲醇/乙醇运输船)使用甲醇/乙醇为燃料提供标准参考;2019年,中国首艘甲醇燃料动力船艇在中山市神湾江正式下水,填补了我国在甲醇船艇设计建造领域的空白;2020年7月,全球甲醇行业协会作为合作伙伴参与了由中国交通运输部水运科学研究院开展的“甲醇在中国船舶上应用的可行性及推广研究”,基于中国能源和船运行业特点,全面系统研究甲醇作为船舶燃料在技术和经济性方面的可行性……

  不可否认的是,虽然甲醇供给船舶使用时在加注、储存、供应等方面还存在一些短板,但作为清洁燃料,甲醇以其清洁、环保、可获取性强等诸多优势,已充分显示出成为未来船用燃料的潜力。

  据悉,中国船级社正在编制《甲醇/乙醇燃料动力船舶技术与检验暂行规则》,预计2021年底发布。届时将填补我国在船用甲醇燃料法规领域的空白。

  一些农村远离城市且村落较为分散,燃气管道和电力设施的铺设及增容难度较大。在这些地区,醇基壁挂炉因所需醇基燃料不需要铺设燃气管道和电力设施增容即可供给。一个燃烧储罐就能轻松解决农村居民的取暖问题,并助推农村“煤改清洁能源”的快速实现。2019年12月,山西省阳泉市提出对“煤改醇”用户每个采暖季最多补贴1.5吨,最高补贴2400元。晋中市也专门出台文件,提出到2021年,甲醇采暖炉产能达到30万台以上,力图将甲醇产业打造成当地支柱产业。

  数据显示,甲醇锅炉的烟尘(PM)、二氧化硫、氮氧化物等排放物,每立方米浓度分别在0~3.0毫克、0~3.0毫克和6.6~30.0毫克之间,大大低于《锅炉大气污染排放标准》(GB13271-2014)。即使从实测的较高指标值来比较,甲醇锅炉在烟尘、二氧化硫和氮氧化物方面的实际排放,也仅为燃气锅炉重点地区执行排放限值的70%、10%和21%。在实际使用中,甲醇锅炉与燃煤、燃气和燃油锅炉相比,均具有相对明显的环保优势。

  从经济性角度看,在对供暖和工商业用气用电不实施补贴的情况下,使用柴油、天然气和电的成本分别为每千大卡0.58元、0.39元和0.60元(峰)/0.37元(谷),而甲醇锅炉约为0.39元,其使用成本并不比用气和用电高。如果考虑到设备改造成本和燃气管道接入费用,甲醇锅炉建设运行成本优势显著。

  虽从技术创新、商业化发展等方面看,甲醇燃料行业的前景良好,但要实现整体产业链合理布局、高质量发展,仍需多方共同努力,化解当前问题,探索未来出路。

  首先,甲醇的实际应用不规范带来诸多安全隐患。虽然甲醇燃料在行业内的优势已被广泛认可,但把这些优势转化到实际应用中却并非易事。因其危险品的特性,一旦操作不当就会招致危害。甲醇对人体的毒性作用是由甲醇及其代谢产物甲醛和甲酸引起,中毒事件主要发生于甲醇的生产、运输和以甲醇为原料或溶剂的工业生产过程。因此,对盛装甲醇燃料的容器应有一定的要求。但在实际应用中,有些企业并没有按照规范要求生产、销售甲醇燃料。有些用户也没有意识到安全问题,在实际应用中,使用简单的容器盛装甲醇燃料,不仅容易泄漏,还存在重大火灾隐患。甲醇属于易燃易爆危险品,爆炸极限范围很宽,6%~35%的比例内都可能爆燃。我国对易燃易爆危险品有严格的管理规定,但仍有经营企业违规操作,安全防护缺失。因此,相关方在行业治理和监督管理上还应下力气狠抓落实。

  其次,甲醇燃料产业结构还需进一步优化。“当前甲醇燃料行业尚未形成上下游协同配套体系,加之企业规模小,产业集中度低,尤其在热力用甲醇燃料领域标准体系严重缺失等,严重制约了行业的进一步发展。”中国石化联合会醇醚专委会会长胡迁林坦言,“除部分地方政府外,很多地方尚未明确支持甲醇燃料,导致企业项目审批难,行业发展环境亟待改善。”部分甲醇燃料生产企业、热力燃烧设备企业等仍存在规模较小,市场集中度偏低等情况,但随着甲醇燃料应用市场逐渐扩大,企业有望朝着规模化方向进一步发展。

  同时,应加快实现核心技术、装备制造等方面的突破,实现产业结构合理布局。中国氮肥工业协会理事长顾宗勤指出,要加快新一代信息技术与产业的渗透融合,积极推动行业数字化转型。利用5G、工业互联网等新技术、新应用对传统产业进行全方位、全角度、全链条的改造,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合。控制产能、优化结构。要在行业现有基础上,处理好增量与存量的关系,进一步优化产业结构,改善供需平衡,提升核心竞争力。甲醇项目往往建设投资高、能源消耗大,对市场和行业影响大,在项目规划和建设上,应慎之又慎,抑制冲动,充分全面考虑资源、环境、市场等因素,避免盲目跟风。对于存量产能,要持续推进落后装置的去产能进程,要加大技术改造力度,优化升级现有装置的技术水平,优化产业结构,要千方百计降低生产成本,提高企业的经济效益。

  原机械工业部部长何光远在第九届全球能源安全智库论坛上曾呼吁:“实现碳达峰、碳中和的战略目标,发展甲醇经济是重要的能源取向。将甲醇燃料作为新兴能源纳入国家能源体系,在国务院层面统筹协调各有关职能部门,出台带有普遍指导意义的政策性推广应用文件。一是明确甲醇燃料推广应用全流程涉及的管理部门职责,以政策支持为抓手,加大力度,明确职责,引导市场机制,开启甲醇燃料市场准入和科学、安全使用。二是鼓励坚持创新科技研究,指明方向、提出要求、规范行为、监督管理。三是统筹规范指导,发挥行业积极性,调动社会资源,组建行业协会,加大力度推进我国甲醇燃料应用。以此夯实我国甲醇经济产业基础,保持甲醇燃料应用技术国际领先的地位,为世界各国提供碳中和清洁能源应用的‘中国方案’。”

  甲醇燃料涉及国家能源管理、甲醇生产和储备供应、交通运输许可、车船装备制造、生态环境保护、科学技术支持、市场准入监督管理、应急管理等多部门,需要国家层面统筹协调管理和监督。将甲醇作为燃料推广应用,替代石油以降低对外依存度,实现环境友好,最终实现能源低碳转型的发展目标,依旧是明智之举。