绿色甲醇燃料是应对航运业脱碳的替代燃料之一，备受工业界和投资界关注。中国已建/在建/规划中的绿色甲醇项目产能和投资数据不断更新，其中生物质气化制绿色甲醇燃料路线是主要技术路线之一。但是其工业化进程受到可再生电力缺乏有效保障、技术成熟度、产品碳排放等要素影响。尤其是受欧盟《可再生能源指令》影响，如何基于工业化多要素条件进行碳排放约束下的生物质气化制绿色甲醇燃料的技术路线设计，并为之提供综合解决方案，是目前工业界、投资界以及相关参与方最关注的问题之一。因此，迫切需要进行系统集成研究，以为之提供基础数据支持和多场景解决方案。

针对以上问题，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）唐志永研究员和汪丹峰博士等人，基于精细化建模对碳排放约束下多场景船用绿色甲醇燃料系统进行了集成研究分析。研究成果以“Reducing the lifecycle carbon emissions of rice straw-to-methanol for alternative marine fuel through self-generation and renewable electricity”为题发表在Energy Conversion and Management上。

基于中国沿海某化工园区的10万吨/年规模的秸秆制绿色甲醇燃料装置，对其进行多场景设计、全流程精细化建模、能量分析、㶲分析和生命周期碳排放分析。根据基于生物质气化制绿色甲醇过程的副产燃料气和粗合成气的能量品位的不同，提出了四条技术路线：路线1利用副产燃料气体通过蒸汽轮机发电，不足部分外购电力补充；路线2利用高压驰放气通过燃气轮机发电，不足部分外购电力补充；路线3利用副产燃料气和部分粗合成气通过蒸汽轮机发电，实现电力与蒸汽平衡；路线4利用高压驰放气通过燃气轮机发电，利用溶解气、不凝气和部分粗合成气通过蒸汽轮机发电，实现电力与蒸汽平衡。结果表明，路线2的甲醇生产系统㶲效率最高，路线1、4、2依次递减。其中气化单元、合成气调节单元、电力和蒸汽生产单元的㶲效率较低。水稻种植阶段（包括稻田中CH₄和N₂O排放的碳排放）是碳排放的主要来源之一。另外通过降低秸秆消耗量并减少秸秆粉碎、干燥和成型所需的能耗，可以有效降低秸秆原材料生产阶段碳排放。若不包括水稻种植和作物收割环节，路线1和2（采用外购网电）的碳排放强度不符合欧盟甲醇燃料碳排放强度要求。然而，当路线1和2所外购电力为可再生能源电力，与无需外购电的路线3和4，均符合欧盟规定的碳排放限制。当可再生电力可用时，建议使用路线2。当难以获得可再生电力时，首选路线4。考虑到维护燃气轮机的挑战，还建议使用路线1（外购可再生电力）和路线3。

图1 秸秆制甲醇工艺系统框图 

图2 甲醇碳排放强度比较

该工作基于精细化建模对碳排放约束下多场景秸秆制船用绿色甲醇燃料系统进行集成研究分析，能够为集成系统动态控制运行研究，以及其工业化提供基础数据支持和解决方案参考。论文的第一作者为上海高研院汪丹峰。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。

文章链接：  

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119202