文|能鏈研究院
在減碳方面，人們曾給予過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，才等來了機會。
對大眾來說，甲醇汽車、甲醇燃料電池是一個陌生的概念。但實際上，甲醇汽車在中國的發(fā)展已經(jīng)有40多年的歷史，自“六五”以來，國家就在不同程度上，試圖將甲醇與汽車綁在一起，并進行相關研發(fā)、試點城市的示范應用。
2021年、2022年是電動汽車在中國“大行其道”的兩年，銷量分別為352.1萬輛和688.7萬輛，以甲醇為燃料或重整制氫的汽車路線，被突然大爆發(fā)的電動化大潮淹沒。
但如果將時間退回到2013年，夸張一些說，電動汽車與甲醇汽車尚在伯仲之間。
2013年，電動汽車在國內(nèi)的銷量只有1.76萬輛，遠沒到燎原之勢。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工作，甲醇的轎車、客車、商用車、微型車共281輛投入運行。兩年后的2014年，工信部將貴州、甘肅納入全國甲醇汽車試點城市，在山西、陜西和上海之后擴大為“四省一市”。
彼時，行業(yè)里甚至認為，甲醇汽車雖不能與電動汽車并駕齊驅，但至少可以占據(jù)一席之地。
底氣恰恰來自于甲醇本身。
01 甲醇：會成為人類的重要燃料？
甲醇的學名為羥基甲烷，俗稱“木精”，一個甲醇分子只有一個碳原子，汽油有6-12個，柴油10-22個，因此被稱作“清潔的煤”，“廉價的油”、“移動的電”、“液體的氫”。
低碳含氧富氫，甲醇熱值低，辛烷值較高，是公認的清潔能源，而且甲醇生產(chǎn)原料來源豐富，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，諾貝爾化學獎得主、有機化學家喬治·奧拉曾在《跨越油氣時代——甲醇經(jīng)濟》中，提出一個解決能源危機的新場景——在油氣之后，甲醇將成為人類未來的重要燃料之一。
目前，甲醇的全球需求量已達到1.07億噸，10年間翻了一倍。中國是世界上最大的甲醇生產(chǎn)國和消費國。2021年，中國甲醇產(chǎn)能、產(chǎn)量分別為9743萬噸、7765萬噸，2021年中國甲醇消費量8211萬噸。
1.35噸煤就可以制1噸甲醇，成本低廉。如果是來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“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%，來自于甲醇燃料的需求只占16%，遠沒有扛起低碳的重任，更沒有在交通能源領域占到所期望的位置。
不過，轉機正在出現(xiàn)，機會就來自于熱度持續(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，在交通場景下的應用和發(fā)展速度，遠比想象得難。但搭上重整制氫燃料電池的順風車，就有了很大的想象空間。
在交通減碳這條路上，電動汽車、甲醇汽車、氫燃料電池汽車是不同的技術路線，每一條技術路線都涉及到相應產(chǎn)業(yè)鏈的技術突破和攻關，最終哪一條路線能跑出來，取決于技術自主化能力、經(jīng)濟性、性能、減碳效果和用戶體驗。
電動汽車能快速上位并放量，來自于鋰電池、光伏風能等上技術的不斷精進，讓電動汽車在續(xù)航能力、充電速度和綜合使用成本方面，占到了優(yōu)勢地位。
不像時下關注度高的甲醇制氫燃料電池汽車，甲醇內(nèi)燃機汽車沒這么好的運氣。
以四省試點之一的貴州為例，2015年首批甲醇汽車投放貴陽試運行以來，8年時間長跑，截至今年2月，貴州累計投運超過1.84萬輛，建設運營甲醇加注站80座，年消耗甲醇25萬噸。在所有試點中，貴州甲醇汽車保有量最大，覆蓋商用車、出租車、專用車等，占了全國總量的三分之二，開創(chuàng)了“貴陽模式”。
吉利汽車在這一領域潛伏長達17年之久，是甲醇汽車產(chǎn)業(yè)化方面的重要推動者，先后開發(fā)了20余款甲醇乘用車、商用車，累計投放市場2.7萬輛，這一數(shù)量級甚至超過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)燃機汽車的發(fā)展現(xiàn)狀并不理想，特別是與電動汽車放在一起，不可同日而語。
不過，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的加速和政策持續(xù)加碼，甲醇作為能源轉化中樞的角色，有了另外一個重要應用場景——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、電動汽車同臺競技的機會。
東方不亮西方亮，甲醇與氫能的“伴生”關系正在被發(fā)現(xiàn)，并得到重視。
在綠氫大勢所趨下，未來，來自于三北風光大基地的綠電通過電解水制氫，可以源源不斷輸運到全國，但碰到的最棘手的難題就是氫氣的儲存、運輸和加注成本過高，僅運輸環(huán)節(jié)，就占到整體成本的30%。
在氫氣的儲運環(huán)節(jié)，高壓氣態(tài)氫氣使用長管拖車，目前是主流的運輸方式，但裝卸時間長、性價比較低，運輸半徑和能力受限，20MPa單次運輸300公斤氫氣，而且只適用于低于150公里的短途，一旦超過成本會急劇抬高；液氫可長距離運輸，主要用槽車，但需冷凝到零下253攝氏度，既受運輸設備成熟度影響，成本又偏高。
相比，長距離的管道輸氫的經(jīng)濟性最好，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)儲氫的技術才剛剛突破，離商業(yè)化應用還遠。
可見，優(yōu)化儲運方式，是氫能規(guī)?；瘧玫那疤?，甲醇可能是當下的“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，甲醇的儲電能力是5.48Kwh/kg。以甲醇為高密度儲氫載體，每噸甲醇與水重整，可以制備超過180公斤的氫氣，比氣態(tài)、液氫儲運，具有更高的儲氫能量密度。
利用甲醇載體，氫的運輸成本能降至原先的一半，長距離的話成本可能差10倍以上，經(jīng)濟性得到大幅提升。
而且，甲醇儲、運、用技術成熟，安全高效，不僅成本低，還能復用傳統(tǒng)油氣供應鏈和零售終端基礎設施。通過將甘肅、內(nèi)蒙、吉林等產(chǎn)能大的地區(qū)生產(chǎn)的綠氫轉換為甲醇，就可以儲運到全國各地，進行重整制氫。
03 甲醇制氫燃料電池汽車，會打開另外一扇窗嗎？
現(xiàn)階段，這會不會成為推動氫能規(guī)模化應用的又一個新風口？其中，有兩條路徑受到關注。
其一是甲醇制氫加氫一體站，滿足氫燃料電池汽車的補能需求，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路線被提出來，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，并與質子交換膜燃料電池高度耦合在一起，實現(xiàn)氫氣的即產(chǎn)即用，制氫發(fā)電，驅動汽車。
前者已經(jīng)開始落地應用。今年2月份，中國首個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），項目建設周期短。如果綜合考慮制、儲、運成本上的節(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，遠低于電解水制氫的60度電。
隨著成本優(yōu)勢凸顯，站內(nèi)制氫的制氫-加氫一體站正越來越受到政策的支持，山東、廣東、上海、河北等多個省市接連出臺“站內(nèi)制氫”配套地方政策、標準。
后者同樣擁有一眾擁護者。愛馳汽車旗下全資子公司氫馳動力，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，沒有加濕器、中冷器、氫氣循環(huán)泵、高壓儲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)的高壓儲氫容器屬于壓力容器，存在超壓爆炸風險，充裝時也存在過熱、泄露等風險。
碳排放方面，由于目前燃料電池汽車使用的氫氣來源大部分為灰氫，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)勢更為明顯。
此外，補能時間上，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；能量密度上對比的話，甲醇的能量密度也高于鋰電池，意味著更長的續(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，更適合商用車場景。
曾經(jīng)，替換燃油車的技術路線有多種選擇，甲醇內(nèi)燃機汽車也被期待過，但任何技術路線的演進都是動態(tài)的，低碳、技術突破、經(jīng)濟性、性能、政策支持等都是影響因素。
所以說，在電動汽車、氫燃料電池汽車之后，甲醇重整制氫燃料電池汽車會打開另一扇窗嗎？只能說，多一種選擇并非壞事，但技術路線之爭更像是長跑，市場最終會給出答案。
參考資料：
【1】李書福14年甲醇汽車夢，馬上就要實現(xiàn)了？
【2】全球甲醇市場分析報告：2023年全球甲醇市場現(xiàn)狀與前景分析