绿甲醇-作为氢能载体的可行性有多大？

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发布日期:2025-05-16
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Detalles

甲醇（CH₃OH），是一种用途广泛的化工原料，常温下为液态，易于储运。其传统应用包括溶剂、防冻剂、建材生产及合成燃料制造等。甲醇虽然也是易燃易爆化学品，但是常压下沸点~65℃，是一种比较稳定的介质，如果将绿色氢气转化为甲醇（国内有一些院士专家主推此方式：液体阳光），既方便运输也方便存储，此外，甲醇有许多种用途，可以直接作为燃料使用，热值~4650大卡/kg；甲醇也方便运输，大型槽车装载~30吨甲醇，如果在目的地进行甲醇裂解制氢，则可以生产~4.1吨/车的绿氢气。而常规的高压氢气鱼雷车运输的氢气~500kg/车。

绿色甲醇的生产，最优选的工艺是绿色氢气和碳捕集（CCUS）过来的二氧化碳，进行合成，反应式如下：

       CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O

这个反应堪称完美，即转变了氢气作为能源的运输载体，又消耗掉了温室气体二氧化碳，当然技术难度和生产成本自然也不低，国内外进行了大量的研究，二氧化碳与氢气合成甲醇技术已进入规模化示范和商业化初期阶段，国内外涌现出多个成熟工艺和代表性企业。

氢气和二氧化碳都是十分稳定的气体，需要将碳链打开重新组合。

主流技术路线与工艺成熟度

直接加氢法（一步法）

以CO₂和H₂为原料，通过铜基催化剂在反应器中直接合成甲醇。该技术流程短、能耗低，但需精确控制反应条件（温度200-300℃、压力5-10MPa）和催化剂活性。

例如：大连化物所液态阳光技术：采用Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂，甲醇选择性达98%，已在甘肃兰州（千吨级）和内蒙古鄂尔多斯（10万吨级）成功示范。（示范一般意味着经济效益暂不考虑。）

值得关注的是，冰岛这家公司（CRI）：

冰岛国际碳循环公司 (CRI) 建立了全球第一个将二氧化碳废气用作甲醇生产原料的工业规模生产设施。自2006年起步以来，CRI（冰岛碳循环国际公司）在运营管理、工程技术和项目执行方面积累了显著的先发优势。历经十余年攻克排放物捕获与转化的技术难题，我们的生产工艺已臻成熟。2012年，CRI开创了工业级可再生甲醇规模化生产的先河。至2022年更实现重大突破，全球首座年产能达11万吨的再生碳甲醇生产装置正式投产运营，标志着循环碳经济领域树立起新的行业标杆。

从已有的数据来看，国际上已经有十分成熟绿氢（Green hydrogen）耦合碳捕集（CCUS）合成绿色甲醇的案例，说明此路径是可行的。

此外，国内已经有多家企业、高校、研究院在新建或者中试二氧化碳合成甲醇的项目，如西南化工研究设计院、山西煤化所等等。

二氧化碳和氢气合成甲醇的特点：主要从两方面进行分析，分别是技术方面和成本呢方面。

技术方面：

原料气纯度要求高：二氧化碳可能来自工业尾气或直接空气捕集（DAC），其中常含有杂质如NOₓ、SOₓ、水分等，需净化处理。氢气若来源于电解水制氢（绿色氢气），需极高纯度，否则容易毒化催化剂或影响反应效率。
催化剂的适应性与寿命通常使用 Cu/ZnO/Al₂O₃ 催化剂，在CO₂路线中：活性较CO路线低，反应速率慢；容易因高温烧结或积碳失活；对反应条件和气体组成较敏感；研发更耐高温、选择性更高的新型催化剂仍是关键技术瓶颈。
反应热力学限制主要反应： CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O 属于放热反应，高温不利于甲醇生成，低温反应速率慢；需在高压（50–100 bar）中控温操作（200–300°C），对设备和控制系统要求高。
间歇与连续过程集成困难可再生能源（风、光）具有间歇性和波动性；而合成甲醇需要连续、稳定运行，需配置电网调度、电池储能或氢储罐等系统协调。
系统集成与规模化困难与传统合成气（CO + H₂）路线不同，CO₂路线的反应路径与控制逻辑更加复杂；

生产成本方面：

电解水制氢依赖可再生电力，目前仍处于高成本阶段（约20元/kg H₂）；

生产1kg的甲醇，需要~0.2kg的氢气和~1.4kg的二氧化碳。单纯的氢气成本则高达15-20元/kg，1吨甲醇消耗的氢气~3000-4000元，考虑到氢气成本占比~50-70%，生产一吨绿色甲醇，保守价格~6000-8000元/吨，而目前国内市场常规的天然气/煤制甲醇，价格~2000-3000元/吨，单从价格上来说，绿色甲醇毫无价格优势，而且是远高于石化甲醇。

结论：从碳中和、绿色能源等领域来看，风光发电绿氢耦合碳捕集二氧化碳合成绿色甲醇，技术上可行，且国内外有较为成熟的案例和示范项目，但是从市场价格方面来说，合成出来的绿色甲醇，几乎无法市场化，即使绿色氢气成本下降50%，绿色甲醇的价格仍然较高。

进一步说，如果将该绿色甲醇作为氢气载体，运输到异地，进行甲醇裂解制氢，以氢气作为市场介质（不一定是能源介质），反而更加具有一定的经济性。

（来源：氢链2040）

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