绿色甲醇与绿氨有望进入红利期

3060   2024-08-26 09:35:35

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中国政府采购网近日发布《中国民航大学可持续航空燃料(SAF)采购项目成交公告》。河南省君恒实业集团生物科技有限公司以单价2.8万元/吨,中标总量为60吨的中国民航大学可持续航空燃料(SAF)采购项目,中标总成交金额为168万元。

据中航油华东公司,2024年8月份航空煤油执行价格为6510元/吨。而据IATA,2024年8月3日至8月9日,全球喷气燃料周平均价格为735.94美元/吨,约合5260元/吨。相比之下,28000元/吨的采购单价是目前喷气燃料价格的5倍之多。

5倍绿色溢价在可持续航空燃料(SAF)出现,那么相比更成熟的绿色甲醇和绿氨呢?

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我们把目光聚焦到绿色甲醇和绿氨,可以发现,目前绿色甲醇以及绿氨的需求保持着旺盛的势头,它们无疑未来将持续推动着活跃的可再生能源电力与绿氢消纳进程

随着生态保护及限制等相关的法规政策相继出台并且付诸实践,传统化工和清洁能源配套方案得到积极的推崇,相应地使得氢基绿色化工渐渐成为化工产业重要的转向方向。

除此之外,国际海洋组织设定了航海运输业在2008年基准基础之上,到2030年的期间内碳排放力要下降至少20%,直至2040年实现每年温室气体排放总量减少大约70%,最终在2050年前后实现航海业温室气体净零排放的宏大目标,有助于加快船舶燃料从燃油逐步转向使用甲醇以及氨等环保型燃料的进程。

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得益于化工产业转型以及航海行业减排的双重驱动因素,使得绿色甲醇和绿氨能够拥有非常广阔的市场拓展空间。借助风能、太阳能等可再生能源电力的力量来制造绿色甲醇和绿氨,无疑为中国接纳飞速发展的可再生能源电力提供了一条行之有效的路径。

绿色甲醇与绿氨的出现,激发了新的绿氢需求,有望打破消纳瓶颈的制约。我国在2023年甲醇的消费量高达9757.7万吨,如果绿色甲醇成功替代传统甲醇的比例达到30%,那么理论上就能带动556.2万吨的绿氢消耗;再者,2023年我国合成氨的实际需求量高达6816.17万吨,如果绿氨的市场占有率能达到同样的30%,那么又能带动368.1万吨的绿氢消耗。绿醇绿氨的崛起,为我们带来了更多开发绿氢电解槽的机遇。

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氨和甲醇是氢的主要下游产品,同时也是理想的储氢媒介目前,氢气的主要应用方向集中在合成氨、甲醇、炼油以及直接燃烧几个方面,其中,氢气在最大的应用领域——用作生产合成氨的中间原料——所占比重约为32%;其次是用于生产甲醇,包括煤经过甲醇制取烯烃的中间原料,其所占比重约为27%。作为储氢载体,氨和甲醇不仅便于储存和运输,而且还是实现发电、交通等领域减少碳排放的重要替代品。

氨和甲醇在工业领域的应用十分广泛,并且已经具备相对成熟的绿色制取技术。

甲醇和氨作为当前备受各方关注的能源品种,从短期来看,绿色甲醇的商业化应用步伐较快,然而相较之下,氨的长远发展前景则更为广阔。

虽然两种绿色甲醇制取方法都存在一些限制,例如生物质甲醇的原材料供应有可能无法跟上需求,电制甲醇的成本过高等等,然而在可见的未来,绿色甲醇的产量或许会遇到瓶颈,难以单枪匹马支撑航海和化工行业的巨大需求。

反之,相较于甲醇,氨的战略价值显得更为突出,因为在燃烧过程中不会产生二氧化碳,从而实现清洁供能。尽管目前液氨的大规模应用还需解决诸如腐蚀性、毒性以及燃烧范围较窄等问题,但只要在这些关键技术取得重大突破后,未来氨的市场潜力必将更为巨大。

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当前绿色甲醇的主要客户是马士基集团,其产品主要用于航运活动中的动力燃料。根据《中国能源报》提供的相关数据,马士基集团在2023年下半年开始投入运行的首艘适用于绿色甲醇的船舶全年共消耗了1万吨的绿色甲醇;随着该集团计划于2025年完成18艘大型甲醇船舶的交付工作,预期2025年后每年将会需要接近75万吨的绿色甲醇,并且到了2030年,其甲醇的需求量可能会飙升至惊人的500万吨,而到2040年,甚至有可能突破两千万吨。如此旺盛的绿色甲醇需求正在促使越来越多的绿色甲醇项目得以落地实施,从而进一步推动绿氢的有效利用。

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绿色甲醇作为船用燃料的首选,短期内会受到碳税的影响,有望迎来一个红利期。

首先,航运业面临的日益严重的脱碳压力正推动甲醇船的需求不断增加,而现有的基础设施条件也有力地支撑了绿色燃料的率先使用,这种趋势与早期绿电的发展路径颇为相似。然而,值得注意的是,虽然绿色燃料的价格普遍高于化石燃料,但由于国内碳配额交易价格相对较低,因此绿色溢价的短期逻辑并不顺畅。相反,国内绿色燃料产业的发展主要依靠补贴政策的推动。在国际层面上,高温碳关税以及碳成本使得绿色燃料在海外市场具有明显的绿色溢价优势,这无疑吸引了众多清洁能源企业纷纷效仿早期绿电出海的战略,使绿色燃料的外向型特征更加凸显。

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绿色甲醇在航运领域的使用及其出海策略已经逐渐展开。相较于传统化工行业的甲醇替代方案,得益于绿色溢价的优势,绿色甲醇在绿色航运以及海外出口等对碳排放控制要求严格或者碳价较高的特定行业和地区展现出更为突出的价值,很有可能演变为未来绿色甲醇的关键消纳领域。特别值得一提的是,欧盟碳税政策的影响使得甲醇船的订单需求大幅攀升,这意味着绿色甲醇将在未来相当长一段时期内成为重要的燃料来源。

表现最为突出的莫过于马士基集团向现代重工订购了总计18艘采用甲醇动力的超大型集装箱船;另一方面,达飞海运则向上海外高桥造船有限公司下单打造了8艘9200标箱级别且同时兼容甲醇与液化天然气双燃料供应模式的集装箱船。

据DNV AFI发布的报告指出,2023年全球范围内共新增新增的甲醇燃料船舶竟然达到138艘之多(不包含甲醇运输船),几乎是2022年35艘订单的整整四倍!更为惊人的是,预计到2028年时,那些生产线上正在组装的甲醇船舶总数将达到惊人的216艘,毫无疑问,甲醇船舶已经成为替代燃料动力船舶领域成长的新兴主力军。

此外,现有的港口和燃料基础设施已经能够顺利应用于绿色甲醇的大量使用环境,且随着使用其他诸如绿色燃料等非传统方式的推广和升级,全球已拥有至少125个港口建设配备了甲醇存储设施,同时设立了超过90个甲醇加注站点,初步搭建形成了一套稳定的存储与加注网络体系。

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据全球最大甲醇制造商梅赛尼斯公司预计,展望未来五年,全球甲醇需求增长主要来源于可再生资源生成的绿色甲醇。因此,甲醇的绿色特性的重要性以及紧迫性均显著体现出来。

国际可再生能源机构(IRENA)的绿色甲醇认证标准极为严谨,唯有生物质路线制取的甲醇及绿氢与可再生二氧化碳制成的甲醇(即电解甲醇)被视为绿色甲醇,且在该机构的认证标准中,非常强调用于生成可再生二氧化碳的来源必须为生物质或是直接从大气中捕获而来,现阶段暂时并不考虑通过二氧化碳捕集、利用和储存技术(CCUS)获得的可再生二氧化碳。

相较之下,欧盟对绿色甲醇的碳源要求有所宽松,这无疑给我国的能源输出带来了积极影响,鼓舞着我们在能源领域蓬勃发展

根据欧盟《可再生能源指令(REDⅡ)》的补充规定,其中明确提到,鉴于脱碳的发展趋势,在近期之内,欧盟的预期将不再只是生物质路线和电解路线的甲醇才有资格被视为绿色甲醇,反而将会将那些可以进入欧盟碳排放交易系统,并且由工业过程和火力发电厂现场捕获的非再生二氧化碳制取的甲醇纳入到绿色甲醇范畴中,尽管其全生命周期的碳排放量最高不能超出28.2克二氧化碳/兆焦耳。

在这样的背景下,欧盟的认证标准显得格外引人注目,要求所有出口至欧盟各个成员国的低碳甲醇燃料都必须满足相应的规定。因此,绿色甲醇认证标准的松动,对于我国致力于发展绿色甲醇产业的厂商而言,无疑将极大地推动他们前进的脚步,让他们在不断进取的道路上不断向前迈进。

需要指出的是,随着时间推移,绿色甲醇领域内的参与者数量正快速提升,然而在供应链的规模化以及商业化落地等环节仍然存在着缺口。在国际范围内,马士基家族旗下的绿色甲醇投资公司C2X已经对外宣告了与美国新能源企业Sun Gas之间的战略合作关系,并表示将会大规模地收购甲醇生产工厂。同样地,化工巨头巴斯夫也将为远景能源提供SYNSPIRE催化剂技术的支持,推动绿氢及二氧化碳向电解甲醇转化的过程。在国内,诸如中国石油以及金风科技这样的能源巨头们也纷纷加大力度进军绿色甲醇市场。

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现阶段,绿色甲醇产业尚处于初级发展阶段,其供应的稳定性及可靠性仍然面临着相当大的挑战和不确定性,成本和技术上的难题将会对绿色甲醇的供应规模与日益增长的市场需求之间的匹配度形成制约。

尽管如此,中国在绿色甲醇供应方面的潜力依然十分巨大,产能扩张的步伐也在逐步加快。特别值得关注的是,国内的绿氢制绿色甲醇技术正呈现出迅猛发展的势头,据统计,截止到2024年6月份,国内已经规划的绿色甲醇项目总数达到了109个之多,这些项目的总计划产能(部分项目包含了对未来产量的规划)已经超越了惊人的5037.4万吨。另外,项目的施工进度也在积极推进之中,尤其突出的是,今年上半年新启动了7个绿色甲醇项目,它们的总计划产能超过了214万吨。

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我们可以看到,绿色甲醇在经济效益上已经逐渐显现出了它的优势,虽然当前大部分的增长都是基于新的市场需求驱动的。但放眼长远,要想真正在与传统煤化工的竞争中占据上风,实现可持续性的发展,仍需要在进一步降低生产成本上下功夫,特别是对于生物质制取绿色甲醇这项技术而言,生物质原料成本占据整个生产成本的比例高达70%,因此,只有有效控制这部分成本,才有可能实现在远期与煤化工平起平坐甚至赶超后者的目标。

在生物质制取绿色甲醇的过程中,主要有两种技术途径可以选择,第一种是通过直接燃烧秸秆等生物质来获取所需的碳源,然后再结合绿氢生产甲醇;第二种则是利用秸秆等生物质,先经过气化反应生成CO和微量H2,接着引入绿氢来调节碳氢化合物的比例,进而制备甲醇。此外,还有一种观点认为,首先将生物质气化为CO2,然后再与绿氢联合用于甲醇的制造也不失为一条可行的路径。目前,我国在生物质气化技术上还是存在许多问题,比如气化效率低下、合成气热值偏低、焦油含量偏高等等,对此,各大专院校和科研机构都在积极开展研发工作,力图尽快解决生物质气化这个环节中的关键技术难题。

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随着碳排放交易制度逐渐确定并日益完善,绿色甲醇的成本优势开始日益显现出来。据相关数据显示,以煤炭制造甲醇的过程中的碳排放数值为2.13吨/吨甲醇。倘若按照可能的碳价范围大致设定(即:50至100欧元/吨),再结合当前的汇率情况(EUR/CNY=7.8)进行换算,那么每吨煤炭制造的甲醇将会额外支付390元到780元之间的税金。相比之下,使用绿色甲醇所产生的成本仅为0.2元/千瓦时。

假设受到碳排放税费的影响,绿色甲醇和传统加工工艺的甲醇之间的差价可能会达到每吨1000元左右。这就意味着,随着碳税额度的不断增加,绿色甲醇在成本方面的竞争力将得到显著提高。尽管近期来看,绿色甲醇的发展主要依赖于新出现的对航运绿色燃料的需求,但是从长远角度考虑,经济效益必将成为推动绿色甲醇大规模应用的关键因素。

我们再把焦点转到绿氨。

绿氨,它可能是绿氢耦合作用获得最大收益的产品,未来的发展趋势主要体现在储氢载体以及火电机组掺烧等方面。首先,全球的氨供应相对较为集中,其中中国仍然需要依靠进口来满足自身的需求,因此在碳排放方面也面临较大压力。其次,合成氨的全球产能分布较广且中国不仅是生产大国还是进口大国。目前,全球氨产量大约为2.53亿吨,因受到化石能源条件的限制,主要集中在中国、印度、俄罗斯和美国四个国家。

然而,由于农业化肥、工业耗用量增加等多种原因,中国仍然需要依赖大量进口氨。根据预测,随着化肥效能的继续提升,农业领域所需氨的比重将逐年下降;而到了2035年,实际工业用氨有望迎来高峰期;至于储能用氨,预计该领域将在2030年之后得到快速发展并且逐渐成为合成氨需求的重要组成部分。

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目前,全球98%的氨产量都是通过化石能源制取而来,其碳排放量占据了全球总量的1.8%,是全球碳排放的“大户”。具体来说,采用煤炭制氨或者天然气制氨的生产过程中,每吨产品的二氧化碳排放量大约在4.2吨和2.04吨之间。而经过绿色电力生产而来的绿氨,其生产过程中几乎不产生二氧化碳,因此在降低碳排放方面的潜力显得尤为巨大。

另外,根据统计数据,中国2020年氨的碳排放总量达到了2.2亿吨,在化工产业中所承载的碳排放量雄踞第一位。面对如此局面,要想让合成氨行业实现绿色低碳转型,已经变得刻不容缓。

如今,世界各国都在积极调整合成氨的发展策略,已经从单纯的农业领域逐步转向对于能源领域的开发与利用。国外许多公司也纷纷展开对绿色氨项目的布局,预期交通领域中远洋船舶动力燃料、电力行业中的掺氨发电以及氢气储运介质等将成为今后绿色氨新的应用场景。

此外,虽然日本和韩国在合成氨市场上的份额相对较少,但是由于在氨燃料的应用研究方面取得了一定的突破,同时还得到了政府政策的大力支持,因此两国对于绿色合成氨的需求规模有望呈现出数倍的增长。

另一方面,欧洲在氨燃料发动机的研发方面处于领先地位,他们将氨视为航运行业实现脱碳的理想替代燃料。

综合上述各点不难发现,绿氨的应用领域非常广泛,其中我们尤其要关注的焦点在于火电掺烧以及其作为氢气储运介质的价值。例如,在中国,根据国家发展和改革委员会近期发布的关于推广绿氨发电的文件规定,要求改造后的燃煤发电机组必须具备掺烧10%以上绿氨的能力。2024年7月15日,国家发展和改革委员会又正式印发了《煤电低碳化改造建设行动方案(2024—2027年)》,其中明确提出了两种改造与新建的方式,一种是以绿氨掺烧为主导。

据了解,目前中国每年的煤炭发电量高达5万亿度,如果能够实现行动方案中提出的10%以上的绿氨掺烧能力的目标,并且达到10%的完全替代效果,那么就需要消耗3亿吨氨,这个数字甚至超过了目前全球氨的总产量,无疑为氨氢能源的发展带来了前所未有的市场机遇与挑战。

尽管燃煤掺烧氨发电技术已经得到了充分的验证,但是要实现规模化商业化运营仍然需要一段时间。相比之下,日本在该领域走在了全球前列,例如,2021年10月,位于日本碧南市的1000MW热电厂成功完成了20%混氨燃烧的试验;同年11月份,我国国家能源集团在一台40MW燃煤锅炉上实现了世界最高水平——掺烧比例达到惊人的35%。然而,由于氨在不同工况下的燃烧性能如点火延迟时间、火焰速度及结构以及NOx生成特性等关键参数尚未完全确定,使得燃煤掺烧氨发电技术的全面推广及商业化落地进程仍待进一步发展。

在综合考虑绿电价格下降及碳价波动双重因素的情况下,我们可以期待混合使用绿氨的经济效益。在当前煤炭价格动荡不定,绿氢生产成本逐步降低,碳交易政策日趋完善的背景下,绿氨凭借其优越的经济性竞争优势以及良好的市场经济效益,正受到广泛关注。

以欧洲碳税标准100欧元/吨为参照进行换算,在每吨碳税为800元的情况下,煤制氨的生产成本会攀升约137%,这时候绿氢制氨就会展现出其明显的成本优势。倘若在煤价为每吨800元左右,且每吨碳交易价格维持在50元(若无碳税本应是0.18元/kWh)的前提下,只要电价上涨幅度达到0.2元/kWh(扣除碳税后本应是0.18元/kWh),那么绿氨即可实现与常规能源等同的定价水平。

当前,我国正处于绿色合成氨项目建设的热潮之中,这无疑将会加剧与传统合成氨之间的市场竞争。自去年开始,我国境内已有超过20个关于绿色氢氨项目的实施计划得以推进,这些项目正朝着打造一个涵盖从绿电到绿氢再到绿氨纵向全产业链的方向努力发展。据了解,这些项目投资总额已超过了人民币3000亿元,预计年计划产能接近600万吨,包括中能建、国家能源集团、华电以及水木明拓等在内的众多大型能源企业都已经开始积极投身于绿氨项目的推动工作。

总而言之,绿色溢价将持续带动更多绿氢氨醇项目建设产能和释放,相关参与者要好好把握绿色甲醇与绿氨的红利机会。

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