联盟观点
【研氢】生物质制甲醇产业链及技术分析
发布时间:2025/05/16 18:10 来源:中国氢能联盟
产业链分析
目前国际上对于绿色甲醇的定义还没有统一标准,生物质甲醇普遍被认为是绿色甲醇的一种。2018年,欧盟通过《可再生能源指令》,引入并定义了RFNBO(非生物来源的可再生燃料),即包括可再生氢及其衍生的氢基燃料,如氨、甲烷、甲醇、费托燃料等。《可再生能源指令》的补充条例中表明:基于RFNBO,考虑脱碳进程,在短期内,利用已计入欧盟碳排放交易体系(EU ETS),在工业中捕集获得的二氧化碳制备的甲醇可以认定为绿色甲醇,但要求全生命周期碳排放不超过28.2g CO2 eq/MJ。2021年,国际可再生能源署(IRENA)发布《创新场景:可再生甲醇》,指出甲醇合成所需的氢气和二氧化碳的来源全部符合可再生能源标准时,合成的甲醇可以认定为“可再生甲醇”。由可持续生物质生产的生物甲醇属于绿色甲醇的一种,包括生物质合成、可再生氢耦合生物质合成路线。
图丨甲醇的主要生产路线
供需预测
产能供给
图丨香港中华煤气鄂尔多斯绿色甲醇项目
生物质制甲醇作为一种高效利用生物质资源的方式,产能产量有望快速扩张。根据IRENA数据,2023年,生物质制甲醇年产能仅为40万吨,占比不足全球甲醇总产能的1%。随着全球对生物质能源资源化再利用关注逐步提升,全球生物质制甲醇产能有望从2023年的40万吨提升至2028年的640万吨,增长16倍。
市场需求
图丨国内首艘万吨级甲醇双燃料内河散货船“国能长江01”
企业布局
原料供应企业
生物质原料供应企业主要是农业、能源和环保类企业。据相关统计数据,现阶段我国生物质资源年产生量超过35亿吨,开发潜力约4.6亿标煤,主要包括农业废弃物、木材和森林废弃物、城市有机垃圾、藻类生物质等。但不同生物质原料在水分、热值、灰分等组分方面有较大的差异。国内的生物质供应企业包括江苏大地禾农业科技有限公司、天津德宇生物工程技术有限公司、上海闻基生物科技有限公司等,主要供应的生物质原料为稻壳、稻秆、芦竹、秸秆、园林废弃物、林业废弃物、工业废渣等。
装备生产企业
图丨金风科技(兴安盟)50万吨绿甲醇项目
气化炉供应企业主要是能源、环保、机械装备和化工类企业。生物质气化是生物质能源化利用或合成甲醇的重要工艺环节,即将生物质原料简单处理后,送入气化炉中,获得合成气的过程。生物质原材料的组分差异会影响气化炉热解气化过程的稳定性和效率,从而影响气化炉的选型。目前国内的生物质气化装备生产企业包括北京清创晋华科技有限公司、太原重工股份有限公司、合肥德博生物能源科技有限公司和中国天楹股份有限公司等企业。
技术路线及经济性分析
制备技术路线
生物质制甲醇主要有两种生产途径:(1)生物质气化-合成气路线;(2)生物质发酵-甲烷路线。
生物质气化-合成气路线是现阶段主流技术路线。工艺过程是将生物质原料压制成型或简单破碎加工处理后,送入气化炉中,在欠氧的条件下使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应,热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物,获得包括一氧化碳、氢气、甲烷等气体的合成气,然后通过调整氢碳比(或加氢),再利用催化剂将合成气转化为甲醇。生物质气化技术、生物质原料的规模化和稳定供应是制约生物质制甲醇项目产业化的关键,主要挑战是现有的生物质气化技术面临原料适应性差、产气效率低、焦油难以处理等问题导致的合成气质量不稳定,阻碍了生物甲醇产业的发展。
生物质发酵-甲烷路线利用微生物将生物质厌氧发酵产生沼气,通过甲烷转化成氢气与一氧化碳合成甲醇,或将其中的二氧化碳分离,加氢重整合成生物甲醇。该路线的关键是高效稳定的厌氧发酵技术,面临的主要挑战是厌氧发酵过程中附带的多种产物会影响甲醇的产量和质量。
图丨生物质气化、变换、合成甲醇技术路线示意图
经济性分析
尽管生物质制甲醇现阶段成本高于化石基甲醇,但相较绿电制甲醇成本优势更为明显。现阶段生物质制甲醇的生产成本受原材料、技术路线、项目产能、产品纯度等因素的影响较大,总体而言高于化石基甲醇。但生物质制甲醇产业壁垒相对较低,在船用燃料需求量较小的情况下,成本显著优于可再生氢加二氧化碳合成甲醇。综合来看,我国生物质资源量巨大,且气化技术在石油和煤炭领域已经非常成熟,未来通过改进工艺流程、提高气化效率等方法可以在一定程度上降低资本支出,实现生物质制甲醇的降本。
相关发展建议
图丨上海电气吉林洮南风电耦合生物质绿色甲醇一体化示范项目
行业企业可结合区域可再生氢、绿色甲醇制备及应用需求,有序布局生物质制备甲醇、可再生能源制氢耦合生物质制备甲醇项目示范。在西南、华中等生物质资源相对丰富的地区可结合区域市场需求布局生物制甲醇等高端化工生产;东部沿海地区可依托对外港口优势实施绿色甲醇贸易。
科研机构可加强原料预处理技术创新,开发更高效、多样化的原料预处理技术,提高原料的稳定性和供应效率;优化生物质气化、净化等工艺,提高气化和净化效率;开发适合生物质合成气的高性能催化剂,提高反应效率;推动系统集成优化,提高能源利用效率,降低生产成本。
相关专业化服务单位深入开展绿色甲醇作为低碳燃料的碳减排机理和路径研究,氢能及氢基产品碳足迹因子研究,支撑绿色甲醇相关价值实现并拓展多元化的减排应用场景,为工业生产、交通运输、建筑发电等行业提供有效碳减排解决方案,助力行业绿色低碳转型。