甲醇（CH?OH），是一種用途廣泛的化工原料，常溫下為液態(tài)，易于儲(chǔ)運(yùn)。其傳統(tǒng)應(yīng)用包括溶劑、防凍劑、建材生產(chǎn)及合成燃料制造等。 甲醇雖然也是易燃易爆化學(xué)品，但是常壓下沸點(diǎn)~65℃，是一種比較穩(wěn)定的介質(zhì)，如果將綠色氫氣轉(zhuǎn)化為甲醇（國(guó)內(nèi)有一些院士專家主推此方式：液體陽(yáng)光），既方便運(yùn)輸也方便存儲(chǔ)，此外，甲醇有許多種用途，可以直接作為燃料使用，熱值~4650大卡/kg；甲醇也方便運(yùn)輸，大型槽車裝載~30噸甲醇，如果在目的地進(jìn)行甲醇裂解制氫，則可以生產(chǎn)~4.1噸/車的綠氫氣。而常規(guī)的高壓氫氣魚雷車運(yùn)輸?shù)臍錃鈤500kg/車。

  綠色甲醇的生產(chǎn)，最優(yōu)選的工藝是綠色氫氣和碳捕集（CCUS）過(guò)來(lái)的二氧化碳，進(jìn)行合成，反應(yīng)式如下：

       CO? + 3H? → CH?OH + H?O

  這個(gè)反應(yīng)堪稱完美，即轉(zhuǎn)變了氫氣作為能源的運(yùn)輸載體，又消耗掉了溫室氣體二氧化碳，當(dāng)然技術(shù)難度和生產(chǎn)成本自然也不低，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究，二氧化碳與氫氣合成甲醇技術(shù)已進(jìn)入規(guī)?；痉逗蜕虡I(yè)化初期階段，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出多個(gè)成熟工藝和代表性企業(yè)。

  氫氣和二氧化碳都是十分穩(wěn)定的氣體，需要將碳鏈打開重新組合。

主流技術(shù)路線與工藝成熟度

• 直接加氫法（一步法）

  以CO?和H?為原料，通過(guò)銅基催化劑在反應(yīng)器中直接合成甲醇。該技術(shù)流程短、能耗低，但需精確控制反應(yīng)條件（溫度200-300℃、壓力5-10MPa）和催化劑活性。

  例如：大連化物所液態(tài)陽(yáng)光技術(shù)：采用Cu/ZnO/Al?O?催化劑，甲醇選擇性達(dá)98%，已在甘肅蘭州（千噸級(jí)）和內(nèi)蒙古鄂爾多斯（10萬(wàn)噸級(jí)）成功示范。（示范一般意味著經(jīng)濟(jì)效益暫不考慮。）

  值得關(guān)注的是，冰島這家公司（CRI）：

  冰島國(guó)際碳循環(huán)公司 (CRI) 建立了全球第一個(gè)將二氧化碳廢氣用作甲醇生產(chǎn)原料的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)設(shè)施。自2006年起步以來(lái)，CRI（冰島碳循環(huán)國(guó)際公司）在運(yùn)營(yíng)管理、工程技術(shù)和項(xiàng)目執(zhí)行方面積累了顯著的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。歷經(jīng)十余年攻克排放物捕獲與轉(zhuǎn)化的技術(shù)難題，我們的生產(chǎn)工藝已臻成熟。2012年，CRI開創(chuàng)了工業(yè)級(jí)可再生甲醇規(guī)模化生產(chǎn)的先河。至2022年更實(shí)現(xiàn)重大突破，全球首座年產(chǎn)能達(dá)11萬(wàn)噸的再生碳甲醇生產(chǎn)裝置正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域樹立起新的行業(yè)標(biāo)桿。

  從已有的數(shù)據(jù)來(lái)看，國(guó)際上已經(jīng)有十分成熟綠氫（Green hydrogen）耦合碳捕集（CCUS）合成綠色甲醇的案例，說(shuō)明此路徑是可行的。

  此外，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)、高校、研究院在新建或者中試二氧化碳合成甲醇的項(xiàng)目，如西南化工研究設(shè)計(jì)院、山西煤化所等等。

  二氧化碳和氫氣合成甲醇的特點(diǎn)：主要從兩方面進(jìn)行分析，分別是技術(shù)方面和成本呢方面。

技術(shù)方面：

1. 原料氣純度要求高： 二氧化碳可能來(lái)自工業(yè)尾氣或直接空氣捕集（DAC），其中常含有雜質(zhì)如NO?、SO?、水分等，需凈化處理。氫氣若來(lái)源于電解水制氫（綠色氫氣），需極高純度，否則容易毒化催化劑或影響反應(yīng)效率。

2. 催化劑的適應(yīng)性與壽命 通常使用 Cu/ZnO/Al?O? 催化劑，在CO?路線中：活性較CO路線低，反應(yīng)速率慢；容易因高溫?zé)Y(jié)或積碳失活；對(duì)反應(yīng)條件和氣體組成較敏感；研發(fā)更耐高溫、選擇性更高的新型催化劑仍是關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

3. 反應(yīng)熱力學(xué)限制 主要反應(yīng)： CO? + 3H? → CH?OH + H?O 屬于放熱反應(yīng)，高溫不利于甲醇生成，低溫反應(yīng)速率慢； 需在高壓（50–100 bar）中控溫操作（200–300°C），對(duì)設(shè)備和控制系統(tǒng)要求高。

4. 間歇與連續(xù)過(guò)程集成困難 可再生能源（風(fēng)、光）具有間歇性和波動(dòng)性； 而合成甲醇需要連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，需配置電網(wǎng)調(diào)度、電池儲(chǔ)能或氫儲(chǔ)罐等系統(tǒng)協(xié)調(diào)。

5. 系統(tǒng)集成與規(guī)?；щy 與傳統(tǒng)合成氣（CO + H?）路線不同，CO?路線的反應(yīng)路徑與控制邏輯更加復(fù)雜；

生產(chǎn)成本方面：

  電解水制氫依賴可再生電力，目前仍處于高成本階段（約20元/kg H?）；

  生產(chǎn)1kg的甲醇，需要~0.2kg的氫氣和~1.4kg的二氧化碳。單純的氫氣成本則高達(dá)15-20元/kg，1噸甲醇消耗的氫氣~3000-4000元，考慮到氫氣成本占比~50-70%，生產(chǎn)一噸綠色甲醇，保守價(jià)格~6000-8000元/噸，而目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)常規(guī)的天然氣/煤制甲醇，價(jià)格~2000-3000元/噸，單從價(jià)格上來(lái)說(shuō)，綠色甲醇毫無(wú)價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而且是遠(yuǎn)高于石化甲醇。

  結(jié)論：從碳中和、綠色能源等領(lǐng)域來(lái)看，風(fēng)光發(fā)電綠氫耦合碳捕集二氧化碳合成綠色甲醇，技術(shù)上可行，且國(guó)內(nèi)外有較為成熟的案例和示范項(xiàng)目，但是從市場(chǎng)價(jià)格方面來(lái)說(shuō)，合成出來(lái)的綠色甲醇，幾乎無(wú)法市場(chǎng)化，即使綠色氫氣成本下降50%，綠色甲醇的價(jià)格仍然較高。

  進(jìn)一步說(shuō)，如果將該綠色甲醇作為氫氣載體，運(yùn)輸?shù)疆惖?，進(jìn)行甲醇裂解制氫，以氫氣作為市場(chǎng)介質(zhì)（不一定是能源介質(zhì)），反而更加具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

（來(lái)源：氫鏈2040）