争夺未来燃料之战中的甲醇

为什么焦点集中在甲醇上？

随着新的和令人不安的气候现象的出现，世界各地的政府和国际组织都在争先恐后地寻找解决大气中不断增加的碳和温室气体含量的办法。这一点在海运业也能感受到，如国际海事组织的2030年和2050年目标。甲醇正逐渐成为一种有前途的替代燃料，因为它符合航运业者对未来燃料的大部分要求。甲醇的可接受性正在增加，这可能是因为考虑到解决我们所有问题的完美燃料可能永远不会被及时发现。

甲醇在完美的燃料清单上打了哪些分项？

甲醇有很多优点，但无可争议的是，对其有利的最重要因素是处理甲醇的技术的成熟度。甲醇除了用作燃料外，在生产和制造方面有许多用途，例如用于生产聚合物，即塑料、油漆、清漆和清洁产品。所有这些都使甲醇成为世界上五大运输商品之一，在处理和运输甲醇方面有显著的知识基础。与氢气和用于驱动船舶的电力等竞争对手相比，这是一个相当大的优势，因为在甲醇的生产和运输方面已经有了完善的基础设施和供应链。

当决定一种燃料的未来时，物流起着关键的作用，在这一点上，甲醇比它的竞争对手做得更好。甲醇在室温下是液态的，这使得它比其低温的同类产品，如氨、液化天然气和氢气，更容易储存，而且能源密集度更低。更不用说已经存在的技术和基础设施只需要稍作修改就可以重新使用，以适应甲醇。这可以从甲醇在其他领域已经取得相当大的成功和接受度的事实中推断出来，例如在中国，甲醇被积极推广，全球57%的甲醇消费来自于中国，用于汽车、加热设备等。欧洲也在推广使用甲醇作为燃料，甚至大马力的发动机，如赛车中的发动机，都发现甲醇可以替代汽油。

今年在鹿特丹，NYK Bulkship拥有的化学品油轮Takaroa Sun 完成了一次驳船对船的甲醇运输。  

甲醇的可生物降解性使它比化石燃料和其他一些能源替代品具有非常明显的优势。可生物降解的意思是，即使发生了甲醇滑落或泄漏的情况，由于甲醇具有高度的生物降解性，其痕迹会在7天左右自然消除。

截至目前，甲醇每GJ的成本不仅高于传统燃料，而且由有机原料生产的甲醇的成本也高于化石原料的成本。工厂的成本和生产能力是影响价格的主要因素，但令人鼓舞的是，像马士基这样的大公司正在追求甲醇作为其绿色燃料的选择。随着其他人的效仿，甲醇的价格下降基本上已经成为一个自我实现的预言。 

甲醇生产过程演变的最终目标是完全用可再生资源生产。碳是通过从大气中捕获碳获得的，而氢是通过可再生资源如风能和太阳能获得。但在过渡时期，在未来的几十年里，从生物质生产的甲醇，特别是在东南亚（印度尼西亚、马来西亚等）丰富的生物质，即油棕榈叶是一个可行的选择。产量足够高，而且总体上没有温室气体排放。

甲醇在工业中的渗透率

甲醇进入船舶领域已经有一段时间了，绿色试点项目是对一艘1996年建造的船舶进行改造，两台康明斯发动机中的一台被替换成潍柴或斯堪尼亚柴油发动机，以燃烧甲醇。随着时间的推移，改造已经变得比完全更换发动机更加精简。

改造名单中的第一个重要名字是波兰的Stena Germanica号，它的改造于2015年开始，后来它的4台发动机都被改造成双燃料，可以选择使用回收的甲醇，由于它是最初的改造之一，为了保证可靠性，它保留了使用常规燃料的能力。最近，Stena与世界上最大的甲醇生产商Proman携手合作，为现有船舶开发改造和供应链解决方案，以协助它们在未来适应甲醇。 

转换发动机使用甲醇有很多方法，每一种方法都有其挑战，绿色试点项目改变了燃料喷射器，并重新调整了发动机的ECU。燃料成分也被改变，加入5%的燃烧改进剂，以确保可靠的燃烧。燃油喷射器和雾化器必须改变，以补偿甲醇的能量密度低于重油的事实。

MAN公司的B&W ME LGI二冲程发动机以甲醇为动力，正被用于运输甲醇的船舶，而且随着有关甲醇经济的变化，越来越多的船舶也开始使用。

最近加入的是来自三井O.S.K lines（MOL）的，它拥有最先进的甲醇燃烧系统。三井物产最近引进的 Capilano Sun号船即使没有洗涤器也能达到Tier III NOX的要求。这是通过将水与甲醇一起注入而实现的。一般来说，与甲醇一起注入水能带来多种好处。由于水在汽缸中汽化，整个汽缸的温度保持更均匀，防止形成 "热点"，从而降低发动机的性能和寿命。水的汽化也降低了温度，从而允许更大的空燃比，反过来允许更积极的点火时间和更大的涡轮增压。水汽化并产生压力驱动活塞，而不是浪费能量产生热量。

甲醇的挑战

甲醇在成为未来燃料的道路上所面临的最大挑战是能量密度低。重油的单位体积能量密度是甲醇的2.5倍。这意味着在相同的旅程中需要更大的油箱和更多的燃料体积。大多数船舶通过改造船舶的压载舱来储存甲醇。这样做的不幸结果是，从事长距离航行和深海航运的船只，如散装油轮（VLCC / ULCC）或干散货船，在可预见的情况下，根本无法转换为甲醇，因为没有燃料供应的选择或港口可以随时提供。

目前面临的下一个挑战是甲醇的生产方法，目前甲醇是世界的净污染源。当时，通过化石原料进行的生产对温室气体排放的贡献甚至超过了直接燃烧化石燃料。以碳中和的方式实现其生产的规模经济是当务之急。

甲醇在不完全燃烧时产生甲醛，这是一种已知的污染物和致癌物，但这个问题在高温柴油发动机（大于1500度）中不会发生。

这并不是说甲醇是未来的理想燃料，没有相关的缺点或风险。甲醇的使用有其固有的挑战，例如它是有毒的。低至10毫升的剂量可以对视神经造成足够的损害，导致失明，而大约30毫升的剂量可以导致死亡。吸收皮肤上的甲醇，吸入蒸汽，眼睛接触，或摄取，都会引起甲醇中毒。甲醇的火焰在日光下可能不可见，因为它的燃烧温度比化石燃料低。因此，需要适当的装备，如防护和阻燃装备，以及呼吸设备，因为只有危险剂量的甲醇可以通过气味检测出来。

甲醇的下一个消极方面是它的腐蚀性。甲醇会腐蚀某些金属，如碳钢和铝，因此，在设计储罐、软管、存储、发动机部件和供应线时，必须考虑到这一点。例如，软管和储罐是双层的，以防止泄漏。使用气态或其他低燃点燃料的船舶的国际安全准则被称为IGF准则。这为在船上使用替代燃料提供了监管框架。该守则于2017年1月1日开始生效。通过对机械和系统的安装、操作和监测采取强制性措施，该守则旨在最大限度地减少对环境和船员的风险。

在投资方面，甲醇动力船比传统的化石燃料动力船相对昂贵。马士基已经向韩国现代造船厂订购了8艘双燃料船。这些船的价格为每艘1.75亿美元，比传统的燃油船高出10-15%。高额的初始投资往往成为任何新技术在整个行业寻找适应性的主要挑战。

展望未来

甲醇显示出作为未来燃料的巨大潜力，因为它具有减少温室气体排放的有利特征，排放量低，易于处理，但同时，这种燃料也具有高度的腐蚀性，需要大量投资来改造船舶的推进系统。尽管甲醇是一种比船用柴油等传统燃料燃烧更清洁的燃料，但目前甲醇主要是以碳密集的方式生产。由于向更绿色的燃料转变是没有商量的余地的，而且不幸的是，在桌面上的选项中没有一个足够成熟，可以成为新燃料的衣钵。现在的选择更倾向于我们可以容忍的限制，而不是一种燃料所具有的优点。然而，甲醇，就像其他几个同类产品一样，显示出前景，有一天它的优势将超过它的局限性。