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绿氨和绿色甲醇同属于氢基能源,被视为未来能源转型方向和氢能利用的重要手段,对于绿氢项目而言,选择哪种耦合路线更加有利?
理化性质对比
从分子构成来看,甲醇(CH4O)含有碳元素,燃烧时会产生二氧化碳,而氨(NH3)不含碳元素,看似氨更加清洁环保,其实不然,因为氨燃烧时会排出具有刺鼻恶臭的一氧化二氮,根据研究,一氧化二氮对全球变暖的影响是二氧化碳的 200 倍以上。虽然两者都可以通过捕集技术控制排放物释放到大气中,但由于碳捕集技术成熟度高于氮捕集技术,因此在应用的难度上,氨要高于甲醇。
燃烧方面,氨的着火点高达651℃,且燃烧缓慢,容易断火,为实现可控点火和稳定高温燃烧,需要配备专用于混氨燃烧模式的燃烧器。而甲醇的着火点更低,并具有良好的稀燃性,所以氨燃料的技术要求和燃烧成本均高于甲醇。
储氢效率方面,氨的储氢效率比甲醇更高,理论上可以吸收30%体积的氢气,而甲醇只能吸收12.6%的氢气。所以储氢效率方面,氨是甲醇的两倍左右。
储运方面,氨和甲醇具有毒性,都属于乙级的危险化学品。由于甲醇具有易燃易爆特性,因此储运安全性上,氨要优于甲醇。氨液化条件为-33℃以下,储运方式类似液化天然气,一般常温加压至 8bar 存放于不锈钢压力容器中,而甲醇在常温下就是液态,无需加压和降温。就储运成本而言,两者处于同一水平线,没有明显差距。
综合来看,这两种能源各有优劣,绿氨在储氢效率和储运安全性方面更有优势,绿色甲醇在燃烧技术难度和燃烧成本方面更有优势。
制造成本对比
绿氨、绿色甲醇的制造成本均高于化石基能源制造的灰氨、灰色甲醇。绿氨、绿色甲醇的主要原材料是氢气,而电力是电解水制氢的最大成本,随着技术提升,可再生能源电力成本预计会进一步走低,但短期看,很难与灰氨、灰色甲醇评价。
据测算,当度电成本在0.3元/kW·h时,绿氨制造成本约为5409元/吨,绿色甲醇制造成本约为3600元/吨。理论上,当电价跌至0.16元/kW·h时,将实现绿氨与灰氨平价,当电价跌至0.1元/kW·h时,将实现绿色甲醇与灰色甲醇平价。
资料来源:H2 Plus Data
资料来源:洋浦控股
从制造成本来看,绿色甲醇比绿氨制造成本更低,且甲醇热值(22.7MJ/kg)略高于绿氨(18.6MJ/kg),因此在成本方面,绿色甲醇具有较大优势。
市场对比
绿氨与绿色甲醇在市场角度面临同样的困境,那就是除制取过程无碳排放外,产品本质与灰氨、灰色甲醇没有任何区别。传统的下游化工厂商,如果选择以绿氨与绿色甲醇替代灰氨、灰色甲醇,需要额外支付1-2倍的绿色溢价,势必会导致终端成本大幅增加。而如果抛出绿色溢价,按照灰氨、灰色甲醇的价格对外销售,现有的大部分绿氨、绿色甲醇项目将陷入亏损。
因此,在可再生能源发电成本足够低廉之前,绿氨与绿色甲醇仅限应用于某些特定场景。目前已知的少数案例中,德国政府主导的绿氨进口价为811欧元/吨(约合人民币6421.25元/吨),含运输进口价约1000欧元(约合人民币7917.7元/吨);国际航运巨头马士基的绿色甲醇采购价约1400美元/吨,(约合人民币10179.26元/吨)。
本月国家发展改革委与国家能源局联合发布《煤电低碳化改造建设行动方案(2024—2027年)》,虽然对绿氨形成重大利好,但该政策面临其他两种路径的竞争,存在很大不确定。目前来看,船舶行业对清洁燃料的需求最为稳定,愿意长期支付高额的绿色溢价,且适合中国企业参与。当前国际船舶行业正处于更新换代的超级周期,由于船舶使用寿命为20年左右,临近寿命的船舶面临大批量淘汰,而新建船舶中,使用甲醇、氨、氢等替代燃料的船舶占比约三分之一。
在各种船舶替代燃料中,甲醇和氨路线发展相对较晚,但潜力更大。根据毕马威等机构的预测,2030年甲醇燃料船舶和氨燃料船舶占比分别为8%和7%;之后随着氨燃料技术成熟化,氨燃料的增速将超过甲醇,逐步成为全球船舶行业的主要能源类型,在2050年占比达到20%。
结语
绿氨和绿色甲醇在理化性质、生产工艺、市场逻辑方面有很多共同点,且都存在高额的绿色溢价,短期内应用空间严重受限。
我国绿氢项目在选择耦合路线时,应以自身实际情况出发,综合判断。如果有长距离氢储运需求,可以选择储氢效率更高的绿氨路线。如果追求更高附加值,应事先判断能否持续获取煤电、航运等领域的清洁能源订单,根据订单情况确定耦合路线和生产规模。
(通讯录)