“綠”能拼圖,“碳”路未來——淺談綠色替代燃料未來的應用與發(fā)展
在全球氣候變化和環(huán)境污染問題日益嚴峻的背景下,發(fā)展可持續(xù)的綠色替代燃料已經(jīng)成為行業(yè)共同面臨的重大課題。而隨著綠色替代燃料技術日趨成熟,產(chǎn)業(yè)化步伐的不斷加快,我國綠色能源體系拼圖正逐步完善,綠色新質生產(chǎn)力持續(xù)驅動走向綠色低碳未來。
全球碳減排背景下,綠色低碳燃料替代現(xiàn)有化石燃料是脫碳的必由之路,當前綠色替代燃料主要包括綠色甲醇、綠氨、綠氫以及電池動力等。由于綠色甲醇、綠氨、綠氫兼具較高的能量密度和零碳屬性,因此成為未來最有前景的低零排放燃料解決方案。
首先,綠色替代燃料具有很高的能源利用率和經(jīng)濟性。
以甲醇燃料為例,目前制備方式主要有生物質循環(huán)利用制甲醇、綠電制綠氫制甲醇、化石燃料制甲醇三種,綠色甲醇具有高熱值、易儲存、易運輸?shù)忍攸c。與傳統(tǒng)化石燃料相比,甲醇燃料具有更低的污染排放和更高的熱效率,同時來源廣泛,經(jīng)濟性較好。
氫燃料的優(yōu)勢則更為明顯。氫是地球上儲量最豐富的元素,利用太陽能、風能、水能等可再生能源制備氫,用于為各行各業(yè)提供驅動力,對環(huán)境幾乎零污染。
合成氨是氫氣是最大的消納途徑之一,同時氨也是氫氣的載體。氨是制造硝酸、化肥、炸藥的重要原料,也是藥物直接或間接的成分。氨燃燒過程中不會產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳和硫化物,同時由于氨的儲存和運輸相比液態(tài)氫與液化天然氣在技術層面要容易許多,因而在運輸和儲存方面更具能效性和優(yōu)越性。正因如此,氨成為了航運業(yè)達成脫碳目標的備選燃料之一。
合成氨燃料、氫燃料和生物質甲醇燃料,三種具有廣闊前景的清潔能源解決方案共同助推整個能源行業(yè)向零碳零排放的目標邁進。除了卓越的能源效率和環(huán)境友好性,從長遠來看,綠色替代燃料最重要的意義在于為能源轉型綠色革命奠定根基,構建可持續(xù)驅動的能源體系。
根據(jù)國際海事組織統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球海運船舶碳排放約占全球總排放的2.2%~2.5%,具有迫切的減碳需求,綠氨、綠色甲醇、綠氫成為船舶航運領域最受關注的三種綠色替代燃料。大多數(shù)船運公司計劃在2024—2030年引入甲醇、氫氣或電力,在2027—2030年引入合成氨燃料。
從船用發(fā)動機來看,甲醇發(fā)動機正在逐步成熟,氨發(fā)動機正處于探索階段。芬蘭船運發(fā)動機制造商瓦錫蘭聲稱,基于全球減碳需求,其目標旨在實現(xiàn)船舶可利用氨滿足60%~70%的能源消耗。此外,中國江南造船、日本郵船等企業(yè)也紛紛布局探索綠氨動力船舶的建設。
從航運需求供應鏈來看,能源需求缺口巨大,多種路線并行是主流選擇。截至2024年4月,全球在運和訂造甲醇動力船舶達337艘,假如2030年這些甲醇動力船可全部投運,按照每艘年耗5萬噸甲醇燃料測算,2030年全球綠色甲醇需求量將超過1685萬噸。甲醇是當前關注度較高的燃料,在可預見的未來,綠色甲醇的生產(chǎn)量可能面臨瓶頸,難以單獨支撐船運行業(yè)的巨大需求。受制于甲醇產(chǎn)能、技術路線、儲運成本,多種燃料路線并行是當下主流選擇 。
從燃料種類來看,甲醇進入發(fā)展窗口期,氫氨仍需要技術突破。受制于液氫儲運安全風險無法突破,液氨在大功率、低速船用發(fā)動機應用技術上成熟度較低,兩者實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用還有較長距離。當前,因全生命周期減碳效果明顯、發(fā)動機改造技術相對成熟、加注基礎設施發(fā)展較為完善,綠色甲醇進入發(fā)展窗口期,可為航運業(yè)中短期減碳提供解決方案。若綠色甲醇的經(jīng)濟性問題得到有效解決,其將成為綠氨、綠氫在船用燃料領域大規(guī)模應用前的最有效替代甚至是長期替代。
甲醇是最為常見、應用場景最為廣泛的化學品之一。據(jù)國際可再生能源機構預測,化工行業(yè)生產(chǎn)的化石基甲醇每年約產(chǎn)生3億噸二氧化碳,約占化工行業(yè)碳排總量的10%。隨著全球降碳步伐在各行各業(yè)的穩(wěn)步推進,綠色甲醇替代化石基甲醇在化工行業(yè)脫碳進程中大有可為。
氨是最基礎的化工原料之一,在化工領域有著廣泛應用。氨既可用于尿素等農(nóng)業(yè)化肥原料(氮肥)生產(chǎn),也可用于硝酸等化工用品生產(chǎn)。作為工業(yè)上最基本、結構最簡單的含氮原料,幾乎所有的含氮化合物的最上游都源自于氨。氨還可以作為新型綠色燃料或氫能載體,而且利用氨易壓縮的特性,在催化條件下可以分解釋放出氫氣,是一種優(yōu)良的氫能載體。
風電、光伏、水力發(fā)電等可再生電力具有隨機性、間歇性和波動性,實現(xiàn)可持續(xù)的能源核心問題不僅是要加快提高光伏發(fā)電、風電的裝機規(guī)模,更是要解決與之伴生的長時儲能問題。利用風電、光伏發(fā)電等可再生電力制備綠色甲醇、氨、氫,使其能夠在目前已有的液體基礎設施中儲存、運輸,不僅降低了能源基礎設施的轉型成本,還有效解決了龐大的太陽能、風能等可再生能源的消納問題。
綠色替代能源的產(chǎn)業(yè)價值鏈構建:從研發(fā)設計、材料加工、制造生產(chǎn)、銷售到售后服務等一系列環(huán)節(jié)中,各個環(huán)節(jié)相互銜接,形成的完整的價值鏈。能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以促進地方經(jīng)濟的發(fā)展,不僅能減少對進口能源的依賴,增強國家的能源安全,同時將帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為社會提供更多更多經(jīng)濟價值和環(huán)保效益。
綠色替代能源區(qū)塊鏈技術:進入能源數(shù)字經(jīng)濟時代,生產(chǎn)者、所有者、消費者三者之間的界線逐漸消淡。區(qū)塊鏈技術成為這一變革的核心驅動力,區(qū)塊鏈技術在新型網(wǎng)絡平臺中實時分享價值,進一步革新傳統(tǒng)能源交易模式。在能源管理與服務中,區(qū)塊鏈技術可實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的透明化,提高能源管理的效率和公正性。區(qū)塊鏈技術可使能源數(shù)據(jù),如碳排放數(shù)據(jù)的跟蹤、監(jiān)測和調控過程公之于眾,從而極大增強信息的可獲取性和能源管理的透明度。此外,區(qū)塊鏈技術可推動金融能源服務的個性化,確保提供更為精準的服務。
受體系嚴格、技術裝備不成熟等因素影響,綠色可替代燃料的生產(chǎn)成本仍處于較高水平,相比傳統(tǒng)化石能源經(jīng)濟性較差,在環(huán)境效益未能有效體現(xiàn)的條件下,高昂的成本影響了各行各業(yè)能源轉型的積極性。
綠色替代燃料可以實現(xiàn)有效碳減排,擁有明顯的環(huán)境效益。但目前我國仍缺乏相關綠色認證體系和基礎制造技術,生態(tài)環(huán)境效益無法得到充分展現(xiàn),綠色溢價難以實現(xiàn),間接影響產(chǎn)業(yè)效益。
可再生能源產(chǎn)業(yè)具有制造業(yè)屬性,技術制造能力是可再生能源產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的基礎要素,完備的制造業(yè)體系為綠色可替代能源高質量發(fā)展奠定了堅實基礎,同時有助于將國內可再生資源優(yōu)勢有效轉變?yōu)榇龠M戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的持續(xù)動力。
我國對綠色替代燃料消納場景的探索仍然相對有限,體現(xiàn)在應用面狹窄方面。
盡管國內已有中國船舶集團研發(fā)氨燃料動力船舶、富大紫金研發(fā)氫氨燃料電池客車等綠氨利用的探索,但是總體上集中在船舶航運領域,汽車、重卡等領域尚未見探索,難以形成更加普適化的綠氨能源模式。
在國家整體減排策略的框架之中,需要更進一步擬定我國的零排放路線規(guī)劃細則,把綠色替代燃料的生產(chǎn)、研發(fā)、消費規(guī)劃視作同等關鍵的減排路徑。
激勵科研、能源、航運、汽車企業(yè)增大產(chǎn)業(yè)研發(fā),從燃料的制造、存儲、能效以及加注等方面入手,推行創(chuàng)新為主導的新質生產(chǎn)力,塑造可持續(xù)的生產(chǎn)研發(fā)體系。
主動推進雙邊或者多邊國家政府之間的合作,提升我國在燃料方面的科技創(chuàng)新能力以及商用核心競爭力。現(xiàn)階段一方面要持續(xù)專注于能效技術的提升,為自身的零碳轉型爭取更長的窗口期;另一方面也要深度融入到替代燃料全球供應鏈體系的建設當中,以先行者的姿態(tài)謀篇布局,才能在這場百年未有的綠色轉型大變局之中牢牢把握住自身的命運。
鑒于動力需求、經(jīng)濟性等要素,未來的綠色燃料會存在眾多選擇,綠色替代燃料的研究將是一個螺旋式前進的過程,押注哪種燃料的爭論并不是一道非黑即白的單選題,不同類型的替代燃料將在脫碳進程的不同階段、不同場景、不同細分領域中扮演不同的角色,最終零碳目標的實現(xiàn)也需要所有利益相關方全方面、長期性的共同協(xié)作和努力,這是一場通往能源自由的“長征”!