LNG与甲醇，船用绿色燃料该怎么选|甲醇_新浪财经

文/周呈周毅李萌孙冰谷禹轩，中海能发上海海事大学商船学院，海洋工程装备和技术

2020年11月,国际海事组织宣布,截至2050年,航运业总排放量计划比2008年的总排放量减少50%以上,并在未来全面实现零碳排放。这个过程需要替代燃料来过渡。替代燃料在海事部门的适用性高度依赖于船舶类型、船舶使用、船舶技术性能、投资成本、环境以及补充燃料的地理位置,这些因素间接决定了替代燃料适用范围。每种燃料都有自己的优点和局限性,没有一种燃料能适用所有船型和加注方式。

目前,LNG和甲醇是航运业为满足国际海事组织温室气体排放要求而尝试的两种替代燃料。在储存方面,甲醇燃料具有易管理、储存面积少和低成本的特点,其二氧化碳排放量更低,通常较其他燃料更能节约成本。

并且甲醇的二氧化碳排放因其生产和运输方式而异,以化石为基础原料的黑色甲醇的生命周期中二氧化碳排放比柴油更多。这使得绿色甲醇成为脱碳的正确选择。由于无论是灰色、棕色、蓝色还是绿色甲醇,分子都是相同的,因此掺入甲醇也是从传统船用燃料向可再生船用燃料过渡的可行选择。

与小型船相比,长航程和中航程船舶采用低碳和净碳中性燃料更具挑战性。使用能量低于船用柴油(MGO)的燃料,如液化天然气和甲醇,需要重新设计船舶。LNG燃料所需空间约为MGO的3~4倍,甲醇燃料所需空间约为MGO的2倍。

目前,国外正在积极研究开发甲醇燃料。LNG和甲醇比较,甲醇的二氧化碳排放量更低。即使一些甲醇在燃烧过程中会排放一部分,它也不会像燃烧LNG中的甲烷引起全球变暖,而且,使用液化天然气作为船用燃料,存在甲烷泄漏问题。所以,越来越多的船舶选择使用甲醇作为首选燃料。

1LNG和船用甲醇燃料的特点对比

甲醇主要可划分为黑色甲醇、灰色甲醇、蓝色甲醇以及绿色甲醇。黑色甲醇的原料主要为煤炭,在全球中国产量占比靠前;灰色甲醇主要用于传统化工领域,是以天然气为原料转化生成;蓝色甲醇是以废水、工业副产品为生产原料的一种可再生甲醇,未来可能受到化学工业其他领域需求的限制;绿色甲醇可通过多种方式生产,如生物甲醇、电子级甲醇等。绿色甲醇作为船用燃料,二氧化碳的排放量更低,完全符合IMO最严格减排法规的要求。而且,绿色甲醇基本上不含有硫元素,硫排放绝对是达标的。与重油相比,绿色甲醇燃烧后,可减少99%氮氧化合物、95%的颗粒物质。使用绿色甲醇是新能源领域探索的重要一步。

甲醇和LNG的主要特点对比:蓝色甲醇的二氧化碳排放量比LNG低5%~10%;甲醇燃料的成本比LNG要小,仅为LNG的一半;甲醇比LNG更容易管理和储存,并且加燃料时间只需LNG的一半;甲醇比LNG的基础设施建设更快捷、成本低廉。

目前碳中性甲醇燃料的制造方法正在开发,但LNG的制造方法还没有出现。

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2市场倾向

从船东的环境报告可以看出,需要了解LNG和甲醇的整个生命周期的二氧化碳排放量,因为生命周期评估是评估燃料来源的重要组成部分。甲醇的二氧化碳排放量更低,即使一些甲醇在燃烧过程中会排放一部分碳,也不会像甲烷那样造成全球变暖的后果。清洁海洋运输的领导者马士基(Maersk)集团表示,“不会使用液化天然气作为船用燃料,因为它存在甲烷泄漏问题”。相反,他们倾向于甲醇燃料作为首选。

船舶经纪公司吉布森也在最新周报中表示:过去几年,使用甲醇燃料的新船订单量有所增加,特别是在集装箱船领域。马士基航运已经陆续订造了19艘甲醇动力集装箱船,其他集装箱航运公司也订造了30多艘。由天然气生产的灰色甲醇供应充足,但其全生命周期的二氧化碳排放量并未明显减少。相比之下,使用蓝氢及碳捕获和储存(CCS)生产的蓝色甲醇可大幅减少排放。目前,蓝色和绿色甲醇的供应量稀少,2022年不到50万吨,且生产成本较高。根据甲醇研究所对现有和计划项目的统计,到2027年,可再生甲醇年产量将增加到800万吨以上。

3甲醇提取工艺和碳排放

随着技术的发展,最先进的绿色甲醇制品的碳排放强度仅有0.15kgCO2/kg。绿色甲醇的生产方式包括电解质提取法和生物质提炼法。电解质提取法是利用新能源发电装置(风电、太阳能等)所产生的电力电解水得到绿氢,再将其用于甲醇生产。生物质提炼法是把生物原料热解气化,产生含有一氧化碳、二氧化碳、氢气等的合成气,再经过催化和净化后,合成生物甲醇。

2021年,全球甲醇行业协会和国际可再生能源署(IRENA)发布的报告指出,预计2050年世界甲醇市场将达到5亿吨。在这种趋势下,可再生的绿色和蓝色甲醇将成为船用主要燃料。普氏能源资讯(Platts)近期的一些分析也预测,未来欧洲的绿蓝甲醇市场用量将达到300万吨。可见,未来甲醇市场前景广阔,掌握先进的提取技术就能抢占先机。

商业上可买到的甲醇大多是传统的灰色甲醇,由蒸气甲烷重整器(SMR)生产。该重整器燃烧大量天然气,将原料天然气转化为合成气,可以进一步加工成甲醇[8],整个过程只有天然气原料被加热,大大减少了燃料消耗和排放量。

蓝色甲醇生产使用一种更先进的工艺,使用自然式转化炉(ATR)。部分甲醇的合成气转化为氢气和纯二氧化碳(CO2);燃烧氢气以获得热量(而不是天然气),而二氧化碳被隔离。这个过程中碳排放接近零。

绿色甲醇是由捕获的二氧化碳和从水中电解出的氢生产的。所需的电力都来自可再生能源,或者生物原料热解气化制作成的生物甲醇。绿甲醇的生产过程具有负碳排放特性,生产过程中产生的二氧化碳量少于或等于其在使用过程中所消耗的二氧化碳量,因此其净排放为零。此外,绿甲醇具有广泛的用途,可以用作燃料、化工原料等,尤其在交通领域有巨大的应用潜力。绿色甲醇不仅有助于实现碳达标、节能减排,更能加快我国能源结构改革进程,对我国能源安全稳定意义重大。虽然技术上可行,但目前绿色甲醇工艺的成本要高得多,降低生产成本的挑战相当大[5],市场短期内可能不做考虑。

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4LNG和船用甲醇燃料能量分析

如图1所示,红色点表示燃料本身能量密度,蓝色点表示实际船上的能量密度。LNG的体积跟质量(重量)能量密度都高于甲醇。但是考虑LNG是低温的,需要专门的围护系统存储(包括压力式C型罐、薄膜型燃料舱),这些都需要占用船上空间。所以,装船后,LNG的实际存储量小,也就是实际船上能量密度低。所以,图中实际船上甲醇能量密度高于LNG。柴油的能量密度稳定,在此不做分析。

5LNG和船用甲醇燃料成本

目前甲醇的燃料费用高于柴油,取决于所消耗的甲醇类型、价格以及甲醇供能的份额。虽然甲醇燃料费用略高,但应当从当今监管环境来考虑。未能达到CII和EEXI目标的船舶将不被允许继续运营。因此,这种燃料的额外成本不仅应与今天的化石燃料价格相比较,还应与新造一艘更高效的船舶的成本以及因强制停运而可能带来的损失相比较。

目前,欧美、中东地区国家主要使用灰色甲醇,而我国主要使用以煤炭为原料的黑色甲醇。原因是我国能源结构特点是富煤贫油少气,这不利于长期的碳排放控制。因此,我国发明了独有的甲醇制取技术,可以将焦炉煤气作为原料生产甲醇,目前部分企业也在使用。以煤碳为原料的黑色甲醇约占国内总产能的76.12%,以天然气为原料的占11.7%,以焦炉气为原料的占12.09%。

制动比油耗(BSFC)是一个船舶工程专业术语,用于描述船用柴油发动机的燃油效率,即测量轴输出端提供有效动力所需的燃油量。燃料中的能量取决于燃料的质量,而不是体积。如图2所示为2019年的燃料价格。

(1)LNG成本:图中的红点是基于LNG成本约为9美元/百万英热,产生的燃料成本为80~85美元/兆瓦时。以目前30美元/百万英热的LNG价格计算,燃料成本约为280美元/兆瓦时。

(2)甲醇成本:图中的红点是基于甲醇成本约为300美元/吨,产生的燃料成本为104美元/兆瓦时。目前甲醇价格为425美元/吨,燃料成本为150美元/兆瓦时。

目前全球柴油的平均价格为987美元/吨,这意味着其燃料成本约为355美元/兆瓦时。

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6结论

本文重点比较分析了作为船舶替代燃料的甲醇与LNG燃料,阐述了甲醇的优势、挑战、前瞻性和市场前景。从整体分析来看,普通甲醇作为船舶燃料,其减碳能力一般,具有局限性;而绿色甲醇受制于提取成本等因素,推广使用仍然存在阻力,甲醇燃料能否成为碳中和的最佳燃料仍有待商榷。但可以肯定的是,甲醇可以提供更大的环境效益,一旦了解了其安全性并且监管环境完全到位,甲醇燃料替代传统船舶燃料将成为船舶运输业转型升级的重要方向。