文|能鏈研究院
在減碳方面，人們?cè)o予過(guò)甲醇足夠的重視和地位，不乏溢美之詞，但直至今天，甲醇燃料汽車、甲醇重整制氫燃料電池汽車，才等來(lái)了機(jī)會(huì)。
對(duì)大眾來(lái)說(shuō)，甲醇汽車、甲醇燃料電池是一個(gè)陌生的概念。但實(shí)際上，甲醇汽車在中國(guó)的發(fā)展已經(jīng)有40多年的歷史，自“六五”以來(lái)，國(guó)家就在不同程度上，試圖將甲醇與汽車綁在一起，并進(jìn)行相關(guān)研發(fā)、試點(diǎn)城市的示范應(yīng)用。
2021年、2022年是電動(dòng)汽車在中國(guó)“大行其道”的兩年，銷量分別為352.1萬(wàn)輛和688.7萬(wàn)輛，以甲醇為燃料或重整制氫的汽車路線，被突然大爆發(fā)的電動(dòng)化大潮淹沒(méi)。
但如果將時(shí)間退回到2013年，夸張一些說(shuō)，電動(dòng)汽車與甲醇汽車尚在伯仲之間。
2013年，電動(dòng)汽車在國(guó)內(nèi)的銷量只有1.76萬(wàn)輛，遠(yuǎn)沒(méi)到燎原之勢(shì)。2012年，前后腳的甲醇汽車正式在陜西、山西和上海三地開展試點(diǎn)工作，甲醇的轎車、客車、商用車、微型車共281輛投入運(yùn)行。兩年后的2014年，工信部將貴州、甘肅納入全國(guó)甲醇汽車試點(diǎn)城市，在山西、陜西和上海之后擴(kuò)大為“四省一市”。
彼時(shí)，行業(yè)里甚至認(rèn)為，甲醇汽車雖不能與電動(dòng)汽車并駕齊驅(qū)，但至少可以占據(jù)一席之地。
底氣恰恰來(lái)自于甲醇本身。
01 甲醇：會(huì)成為人類的重要燃料？
甲醇的學(xué)名為羥基甲烷，俗稱“木精”，一個(gè)甲醇分子只有一個(gè)碳原子，汽油有6-12個(gè)，柴油10-22個(gè)，因此被稱作“清潔的煤”，“廉價(jià)的油”、“移動(dòng)的電”、“液體的氫”。
低碳含氧富氫，甲醇熱值低，辛烷值較高，是公認(rèn)的清潔能源，而且甲醇生產(chǎn)原料來(lái)源豐富，主要由天然氣和煤炭生產(chǎn)，具有清潔、高效、可再生的特征。
十多年前，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、有機(jī)化學(xué)家喬治·奧拉曾在《跨越油氣時(shí)代——甲醇經(jīng)濟(jì)》中，提出一個(gè)解決能源危機(jī)的新場(chǎng)景——在油氣之后，甲醇將成為人類未來(lái)的重要燃料之一。
目前，甲醇的全球需求量已達(dá)到1.07億噸，10年間翻了一倍。中國(guó)是世界上最大的甲醇生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。2021年，中國(guó)甲醇產(chǎn)能、產(chǎn)量分別為9743萬(wàn)噸、7765萬(wàn)噸，2021年中國(guó)甲醇消費(fèi)量8211萬(wàn)噸。
1.35噸煤就可以制1噸甲醇，成本低廉。如果是來(lái)自于非化石能源的綠色甲醇，每兆焦熱能的碳足跡僅為10g二氧化碳。而且綠色甲醇還是非常重要的固碳載體，綠電通過(guò)“電解水制氫+碳捕集利用”，生產(chǎn)1噸綠色甲醇可消耗掉900公斤環(huán)境中的二氧化碳。
在交通場(chǎng)景中，甲醇就如一塊等待被人發(fā)現(xiàn)的美玉。
目前，甲醇仍以煤、天然氣制為主，是重要的化工原材料，下游需求以甲醇制烯烴、醋酸等為主，占比51%，來(lái)自于甲醇燃料的需求只占16%，遠(yuǎn)沒(méi)有扛起低碳的重任，更沒(méi)有在交通能源領(lǐng)域占到所期望的位置。
不過(guò)，轉(zhuǎn)機(jī)正在出現(xiàn)，機(jī)會(huì)就來(lái)自于熱度持續(xù)升溫的甲醇重整制氫。
02 甲醇重整制氫大有用武之地
甲醇作為直接燃料，在交通場(chǎng)景下的應(yīng)用和發(fā)展速度，遠(yuǎn)比想象得難。但搭上重整制氫燃料電池的順風(fēng)車，就有了很大的想象空間。
在交通減碳這條路上，電動(dòng)汽車、甲醇汽車、氫燃料電池汽車是不同的技術(shù)路線，每一條技術(shù)路線都涉及到相應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)突破和攻關(guān)，最終哪一條路線能跑出來(lái)，取決于技術(shù)自主化能力、經(jīng)濟(jì)性、性能、減碳效果和用戶體驗(yàn)。
電動(dòng)汽車能快速上位并放量，來(lái)自于鋰電池、光伏風(fēng)能等上技術(shù)的不斷精進(jìn)，讓電動(dòng)汽車在續(xù)航能力、充電速度和綜合使用成本方面，占到了優(yōu)勢(shì)地位。
不像時(shí)下關(guān)注度高的甲醇制氫燃料電池汽車，甲醇內(nèi)燃機(jī)汽車沒(méi)這么好的運(yùn)氣。
以四省試點(diǎn)之一的貴州為例，2015年首批甲醇汽車投放貴陽(yáng)試運(yùn)行以來(lái)，8年時(shí)間長(zhǎng)跑，截至今年2月，貴州累計(jì)投運(yùn)超過(guò)1.84萬(wàn)輛，建設(shè)運(yùn)營(yíng)甲醇加注站80座，年消耗甲醇25萬(wàn)噸。在所有試點(diǎn)中，貴州甲醇汽車保有量最大，覆蓋商用車、出租車、專用車等，占了全國(guó)總量的三分之二，開創(chuàng)了“貴陽(yáng)模式”。
吉利汽車在這一領(lǐng)域潛伏長(zhǎng)達(dá)17年之久，是甲醇汽車產(chǎn)業(yè)化方面的重要推動(dòng)者，先后開發(fā)了20余款甲醇乘用車、商用車，累計(jì)投放市場(chǎng)2.7萬(wàn)輛，這一數(shù)量級(jí)甚至超過(guò)了氫燃料電池汽車的規(guī)模。特別是甲醇重卡，在新疆、青海、山西、內(nèi)蒙、陜西、甘肅、貴州等富醇區(qū)域推廣力度較大。
但甲醇內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀并不理想，特別是與電動(dòng)汽車放在一起，不可同日而語(yǔ)。
不過(guò)，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的加速和政策持續(xù)加碼，甲醇作為能源轉(zhuǎn)化中樞的角色，有了另外一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景——甲醇制氫、甲醇重整制氫燃料電池汽車，并看到了與氫燃料電池汽車、電動(dòng)汽車同臺(tái)競(jìng)技的機(jī)會(huì)。
東方不亮西方亮，甲醇與氫能的“伴生”關(guān)系正在被發(fā)現(xiàn)，并得到重視。
在綠氫大勢(shì)所趨下，未來(lái)，來(lái)自于三北風(fēng)光大基地的綠電通過(guò)電解水制氫，可以源源不斷輸運(yùn)到全國(guó)，但碰到的最棘手的難題就是氫氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注成本過(guò)高，僅運(yùn)輸環(huán)節(jié)，就占到整體成本的30%。
在氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，高壓氣態(tài)氫氣使用長(zhǎng)管拖車，目前是主流的運(yùn)輸方式，但裝卸時(shí)間長(zhǎng)、性價(jià)比較低，運(yùn)輸半徑和能力受限，20MPa單次運(yùn)輸300公斤氫氣，而且只適用于低于150公里的短途，一旦超過(guò)成本會(huì)急劇抬高；液氫可長(zhǎng)距離運(yùn)輸，主要用槽車，但需冷凝到零下253攝氏度，既受運(yùn)輸設(shè)備成熟度影響，成本又偏高。
相比，長(zhǎng)距離的管道輸氫的經(jīng)濟(jì)性最好，但在加氫站數(shù)量少、密度不夠的前提下，大規(guī)模投建輸氫管道，顯然不劃算。固態(tài)儲(chǔ)氫的技術(shù)才剛剛突破，離商業(yè)化應(yīng)用還遠(yuǎn)。
可見(jiàn)，優(yōu)化儲(chǔ)運(yùn)方式，是氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的前提，甲醇可能是當(dāng)下的“最優(yōu)解”。
甲醇幾乎是唯一的常溫常壓下為液態(tài)的清潔能源，其體積能量密度是氫氣的1446倍，是液氫的1.84倍，甲醇的儲(chǔ)電能力是5.48Kwh/kg。以甲醇為高密度儲(chǔ)氫載體，每噸甲醇與水重整，可以制備超過(guò)180公斤的氫氣，比氣態(tài)、液氫儲(chǔ)運(yùn)，具有更高的儲(chǔ)氫能量密度。
利用甲醇載體，氫的運(yùn)輸成本能降至原先的一半，長(zhǎng)距離的話成本可能差10倍以上，經(jīng)濟(jì)性得到大幅提升。
而且，甲醇儲(chǔ)、運(yùn)、用技術(shù)成熟，安全高效，不僅成本低，還能復(fù)用傳統(tǒng)油氣供應(yīng)鏈和零售終端基礎(chǔ)設(shè)施。通過(guò)將甘肅、內(nèi)蒙、吉林等產(chǎn)能大的地區(qū)生產(chǎn)的綠氫轉(zhuǎn)換為甲醇，就可以儲(chǔ)運(yùn)到全國(guó)各地，進(jìn)行重整制氫。
03 甲醇制氫燃料電池汽車，會(huì)打開另外一扇窗嗎？
現(xiàn)階段，這會(huì)不會(huì)成為推動(dòng)氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的又一個(gè)新風(fēng)口？其中，有兩條路徑受到關(guān)注。
其一是甲醇制氫加氫一體站，滿足氫燃料電池汽車的補(bǔ)能需求，比如氫能重卡、氫能客車等；
其二是甲醇在線制氫燃料電池汽車的新技術(shù)路線被提出來(lái)，與上文中的甲醇燃料汽車不同，該路線可直接加注甲醇，在線重整制氫，并與質(zhì)子交換膜燃料電池高度耦合在一起，實(shí)現(xiàn)氫氣的即產(chǎn)即用，制氫發(fā)電，驅(qū)動(dòng)汽車。
前者已經(jīng)開始落地應(yīng)用。今年2月份，中國(guó)首個(gè)甲醇制氫加氫一體站投用，每天可產(chǎn)出1000公斤的高純度氫氣，制氫裝置占地面積小，只需要64平米（傳統(tǒng)制氫裝置需要500平米），項(xiàng)目建設(shè)周期短。如果綜合考慮制、儲(chǔ)、運(yùn)成本上的節(jié)省，相比傳統(tǒng)加氫站的方式，成本可降低20%以上。
而且一公斤氫氣僅耗不到2度電，遠(yuǎn)低于電解水制氫的60度電。
隨著成本優(yōu)勢(shì)凸顯，站內(nèi)制氫的制氫-加氫一體站正越來(lái)越受到政策的支持，山東、廣東、上海、河北等多個(gè)省市接連出臺(tái)“站內(nèi)制氫”配套地方政策、標(biāo)準(zhǔn)。
后者同樣擁有一眾擁護(hù)者。愛(ài)馳汽車旗下全資子公司氫馳動(dòng)力，博氫新能源、吉電股份等是首批探路者，他們提出了甲醇重整制氫燃料電池汽車的新路徑。
相比傳統(tǒng)氫燃料電池汽車，甲醇在線重整制氫，沒(méi)有加濕器、中冷器、氫氣循環(huán)泵、高壓儲(chǔ)氫罐及減壓閥等部件，系統(tǒng)體積只有傳統(tǒng)氫燃料電池系統(tǒng)的50%。
安全性方面，傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)的高壓儲(chǔ)氫容器屬于壓力容器，存在超壓爆炸風(fēng)險(xiǎn)，充裝時(shí)也存在過(guò)熱、泄露等風(fēng)險(xiǎn)。
碳排放方面，由于目前燃料電池汽車使用的氫氣來(lái)源大部分為灰氫，其全生命周期碳足跡要高于甲醇重整燃料電池汽車，后者如果是綠色甲醇，優(yōu)勢(shì)更為明顯。
此外，補(bǔ)能時(shí)間上，甲醇重整制氫燃料電池汽車添加的是液態(tài)甲醇燃料，等同于汽柴油；能量密度上對(duì)比的話，甲醇的能量密度也高于鋰電池，意味著更長(zhǎng)的續(xù)航里程；同等功率下，甲醇燃料的重量低于鋰電池，能載更多的貨物，更適合商用車場(chǎng)景。
曾經(jīng)，替換燃油車的技術(shù)路線有多種選擇，甲醇內(nèi)燃機(jī)汽車也被期待過(guò)，但任何技術(shù)路線的演進(jìn)都是動(dòng)態(tài)的，低碳、技術(shù)突破、經(jīng)濟(jì)性、性能、政策支持等都是影響因素。
所以說(shuō)，在電動(dòng)汽車、氫燃料電池汽車之后，甲醇重整制氫燃料電池汽車會(huì)打開另一扇窗嗎？只能說(shuō)，多一種選擇并非壞事，但技術(shù)路線之爭(zhēng)更像是長(zhǎng)跑，市場(chǎng)最終會(huì)給出答案。
參考資料：
【1】李書福14年甲醇汽車夢(mèng)，馬上就要實(shí)現(xiàn)了？
【2】全球甲醇市場(chǎng)分析報(bào)告：2023年全球甲醇市場(chǎng)現(xiàn)狀與前景分析