近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院海洋工程研究院副教授沈欣煒團(tuán)隊(duì)的最新研究成果發(fā)表于《自然—通訊》。研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)評估了在歐洲港口利用海上風(fēng)電直接生產(chǎn)綠色甲醇的技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)競爭力，并預(yù)測了成為航運(yùn)主流清潔燃料的時(shí)間表。
隨著國際海事組織及歐盟等地區(qū)設(shè)定的航運(yùn)溫室氣體減排目標(biāo)日益嚴(yán)格，尋找經(jīng)濟(jì)可行的清潔替代燃料成為當(dāng)務(wù)之急。隨著歐盟將航運(yùn)納入碳排放交易體系并實(shí)施《歐盟海運(yùn)燃料條例》，顯著提高了傳統(tǒng)船用燃料的排放成本。綠色甲醇因其技術(shù)成熟度高、基礎(chǔ)設(shè)施兼容性好，被視為極具潛力的航運(yùn)脫碳解決方案。然而，其生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟(jì)競爭力不足是目前大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。
為此，沈欣煒團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出并優(yōu)化設(shè)計(jì)了在歐盟港口“海上風(fēng)電驅(qū)動(dòng)綠色甲醇原位生產(chǎn)與加注”系統(tǒng)。該方案將海上風(fēng)電場、電解水制氫裝置、碳捕集技術(shù)以及甲醇合成裝置集成，實(shí)現(xiàn)從風(fēng)電到綠色甲醇的“一站式”生產(chǎn)與加注，有效避免了燃料運(yùn)輸帶來的額外成本和排放，并滿足了歐盟對可再生非生物來源燃料全生命周期溫室氣體減排至少70%的嚴(yán)格要求。
港口原位制取-加注綠醇系統(tǒng)組成示意圖。研究人員供圖
研究團(tuán)隊(duì)建立了以最小化甲醇的平準(zhǔn)化成本為目標(biāo)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，綜合考慮了海上風(fēng)電、海上風(fēng)電結(jié)合電網(wǎng)購電的不同電力來源、不同碳源、設(shè)備運(yùn)行特性以及歐盟法規(guī)約束，對系統(tǒng)進(jìn)行了精細(xì)化設(shè)計(jì)和評估。研究覆蓋了歐盟多個(gè)主要集裝箱港口，并分析了關(guān)鍵成本驅(qū)動(dòng)因素和未來技術(shù)發(fā)展趨勢。
研究顯示，即使考慮2025年的排放成本，傳統(tǒng)燃料價(jià)格仍低于綠色甲醇。然而，模型預(yù)測帶來了關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)：一方面，隨著歐盟法規(guī)趨嚴(yán)，傳統(tǒng)燃料的排放成本將急劇上升；另一方面，得益于關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，綠色甲醇的生產(chǎn)成本預(yù)計(jì)將顯著降低，即到2050年可下降超過50%。綜合分析表明，海上風(fēng)電驅(qū)動(dòng)的綠色甲醇預(yù)計(jì)在2030至2035年間實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)燃料加排放成本的成本持平，并在2035年后具備明顯的經(jīng)濟(jì)競爭優(yōu)勢。
該研究為航運(yùn)業(yè)深度脫碳提供了一條清晰且可預(yù)期的技術(shù)路徑，不僅為產(chǎn)業(yè)界投資決策提供了科學(xué)依據(jù)，也為政策制定者設(shè)計(jì)更有效的激勵(lì)和監(jiān)管框架提供了重要參考。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和全球脫碳政策的持續(xù)加碼，海上風(fēng)電驅(qū)動(dòng)的綠色甲醇有望成為推動(dòng)航運(yùn)業(yè)邁向零排放的關(guān)鍵力量。
