e-甲醇 – 一种通用的绿色燃料

发布时间：2024-10-18
实施时间：2024-10-18
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伟大的小毛驴

双智云平台创始人，生态环境部环境影响评价技术评估专家库入库专家、中华环保联合会综合技术专家组委员、中国环保产业协会环保管家精讲班高级讲师，土壤导则编制参与人，毛驴说原创。

1 引言

全球能源系统的脱碳全球最重要的温室气体 CO2 的排放量不断增加，预计 2019 年将达到 33 Gt。虽然电力行业在过去一二十年中取得了重大进展，可再生能源的份额不断增长，约为 22%，但其他行业的温室气体（GHG）排放率却停滞不前，甚至有所增加。与此同时，政府越来越关注运输、工业和供暖行业的脱碳。

如今，全球 40% 的排放来自电力生产（图 1）。由于太阳能光伏和风能发电的经济性稳步提高，以及储电成本的不断提高，未来电力部门的脱碳将逐渐取得进展。相比之下，工业和运输部门合计占全球二氧化碳排放量的 45%。在这些领域，可再生能源（RES）仅减少了 8% 的排放量。与电力行业相比，这些行业的脱碳更加复杂和昂贵，而且很可能来自电气化和碳中和燃料和原料的结合。

毫不奇怪，基于绿色氢能的无碳和碳中和能源载体最近成为关注的焦点。在全球许多有利地点，可再生电力生产成本已降至远低于 25 欧元/MWhel 的水平。因此，基于可再生电力的绿色氢气和合成燃料被视为这些行业脱碳的最爱，这些行业不容易电气化并且仍然使用碳足迹高的能源载体。

无碳和碳中和能源载体

e-Fuels 和生物燃料与减少 CO2 排放高度相关，尤其是在运输领域。利用现有的基础设施（配送、加气站），预计该行业的深度脱碳将来自这些碳中和的 e-fuels。另一方面，人们普遍认为全球生物燃料资源是有限的，因此它们对能源系统脱碳的贡献也是有限的。此外，未来对食品生物燃料的限制将变得更加严格，并进一步缩小这些资源。e-Fuels 被认为是未来提供大量碳中和液体燃料的唯一选择（图 2）。

压缩气态绿色氢气和液态 e-fuel 具有重要优势。

它们能量密度极高，易于储存，除了用作能源载体外，还可以用作工业和化学工艺的无碳或低二氧化碳原料。最突出的氢基合成 e-fuels 原料是 e-Methane、e-Metha nol 和 e-Ammonia。每个品牌在生产过程、燃烧特性和安全性方面都有自己的特点，可以满足各种用例的要求。甲醇的今天和明天的市场甲醇是一种通用的化合物，今天仍然由煤和天然气衍生的合成气（H2 和 CO）生产。它被大量使用（2019 年超过 98 公吨），主要用作化学品的原料（80%），小批量用作能源载体（20%）。过去五年中，产量最大、增长最强劲的是甲醇制烯烃的转化率和甲醛的生产。常规甲醇的生产已经很成熟;大型甲醇工厂的产能高达 1.5 公吨/年。图 3 显示了近年来全球消费量的稳步增长。未来，非化石 e-Methanol 将出现广阔的新应用领域。当它由生物（生物甲醇）或电化学来源（e-甲醇）的可再生氢和二氧化碳生产时，它就会变得可持续或“绿色”。本文重点介绍使用可再生电力的绿色氢能路径。

传统甲醇和不甲醇的化学成分相同，但在 CO2 足迹方面存在明显差异，绿色甲醇约为 10 g CO2/MJth，化石来源甲醇约为 80-90 g CO2/MJth。绿色 e-Methanol 属于碳中和燃料类别。这意味着其燃烧释放的 CO2 量与产生时结合的 CO2 量大致相同。CO2 损失来自转化过程以及运输和分销。无论来源如何，再利用排放的 CO2 可以总体防止近 50% 的 CO2 净排放到大气中，并且 CO2 循环原则上是封闭的（图 4）。