综述：迈向绿色甲醇经济：系统评估将石油管道重新用于大规模、长距离甲醇运输的可行性和挑战

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Towards a green methanol economy: A systemic review of the viability and challenges of repurposing oil pipelines for large-scale and long-distance methanol transport

　　徐然宇|姚段|聂超飞|李小龙|周睿|杨文|王彩琳|李宇星|刘翠薇 中国石油大学（华东）山东省油气与新能源储存与运输安全重点实验室，青岛，266580，中国 **摘要** 随着全球对甲醇作为多功能能源载体的认可度不断提高，建立安全高效的跨国供应链变得迫切。管道运输因其经济性和高效性而在这一过程中起着关键作用。将现有的精炼油管道重新用于绿色甲醇运输提供了一种战略解决方案，可以提高基础设施利用率并避免新建管道的高成本。尽管具有这种潜力，但关于大规模绿色甲醇运输基础设施（尤其是管道改造）的系统评价仍然很少。基于对相关文献的全面调查，本综述综合了建立大规模绿色甲醇管道基础设施的关键发现，涵盖了材料兼容性、设备适应性以及绿色甲醇管道运输的操作安全性。主要结论是，将现有精炼油管道与多模式运输方式相结合，为提高管道利用率和确保稳定供应提供了一条可行路径。然而，必须解决一些重要的技术挑战。材料兼容性研究表明，杂质可能导致腐蚀和膨胀；设备需要专门设计以确保安全；泄漏扩散行为复杂，在连续运输过程中，混合过程缺乏有效的预测模型。此外，缺乏专门的国家标准也加剧了这些难题。通过识别这些关键知识空白，本综述提出了一种评估将精炼油管道转换为绿色甲醇运输可行性的方法论，考虑了工艺、技术、经济和环境安全方面的因素。它为未来的技术创新和战略规划提供了研究路线图，以支持新兴的绿色甲醇经济。 **引言** 全球范围内，对碳中和的推动正在加速能源和化学行业向低碳和多样化模式的转型[1]。一个关键的研究重点是寻找既能显著减少排放又能实现有效能源储存的技术途径[2,3]。绿色甲醇是这一转型的核心。根据国际可再生能源署（IRENA）2021年的报告《创新展望：可再生甲醇》，只有两种生产路线符合“绿色甲醇”的标准：一种是通过对生物质进行气化和合成得到的生物甲醇；另一种是用绿色氢气和可再生二氧化碳（即来自生物源的二氧化碳或直接从空气中捕获的二氧化碳）生产的电甲醇。后者可以实现接近零的生命周期碳排放。换句话说，绿色甲醇以其完全可再生的原料和能够闭合碳循环的能力而具有战略重要性，使其在航运和化工等行业中不可或缺[4]。其生产过程基于可再生氢气和捕获的二氧化碳，不仅为水泥和钢铁等难以减排的行业提供了碳循环解决方案，还将间歇性的可再生能源转化为可储存的液体燃料，实现跨季节的能源储存[5]。这一创新促进了包括电力、氢气、碳和绿色甲醇在内的综合能源系统的形成。它形成了一个战略技术集群，支持化学原料替代、绿色船用燃料开发和电网削峰。因此，绿色甲醇对于增强能源安全、推动经济升级、推进能源转型和提升国际竞争力具有无可估量的战略意义。 全球绿色甲醇产业仍处于起步阶段，2023年的年生产能力约为120万吨，主要集中在欧洲、中国和北美[6]。美国船级社（ABS）预测，到2050年甲醇在船用燃料中的份额将达到42%，如图1所示，这凸显了其在工程适应性方面的优势，例如与氨系统相比，改造船舶的成本可降低35-40%。ABS还预计，虽然电气化将发挥关键作用，但其他低碳燃料（包括绿色甲醇）也将对转型做出重大贡献[7]。这种分布在这些关键地区之间形成了竞争格局。预测显示，到2030年，年生产能力将大幅扩大到1000-1500万吨，中国和欧盟都目标是将年生产能力提高到500万吨。中国在扩大绿色甲醇生产方面具有独特优势[8]。中国拥有丰富的风能和太阳能资源，截至2024年底，其累计装机容量位居世界前列，为生产电解氢气和合成绿色甲醇提供了坚实的基础。此外，该国大量的年度工业二氧化碳排放（主要来自能源枢纽）为建立集成的“碳捕获-甲醇合成”系统提供了机会。中国成熟的现代煤化工产业也是一个关键优势[9]。现有的煤制甲醇设施可以改造为低碳生产，从而奠定坚实的工业基础。传统灰色甲醇生产的丰富运营经验也为大规模应用绿色甲醇铺平了道路，特别是在运输领域。甲醇燃料汽车已经拥有成熟的技术和明显的碳排放优势[10]。随着国际海事组织更严格的排放法规的实施，对甲醇动力船舶的需求正在上升[11]。同时，化工行业也越来越将其作为低碳原料使用。尽管绿色甲醇的经济竞争力目前受到绿色氢气成本高等因素的限制，但随着可再生能源价格的下降、加注基础设施的建设和碳定价机制的实施，其工业化进程有望加快[12]。 虽然绿色甲醇的生产和应用已经受到了广泛关注，但它们之间的关键环节——大规模长途运输——仍研究不足。目前主要依赖公路和铁路运输[13]，这在处理大量货物时存在容量和成本挑战，凸显了需要更高效运输解决方案的必要性。为绿色甲醇制定多模式运输方案是提高运输效率的关键[13]。最近的研究主要集中在比较绿色甲醇与其他氢载体（如液态氢或氨）在海上运输方面的经济可行性[3]，或者研究在特定地点利用可再生资源生产绿色甲醇的环境性能[1,2]。然而，针对大规模绿色甲醇运输（尤其是陆路和跨境运输）的系统性分析仍然很少。现有依赖公路和铁路运输的方式在处理大量货物时存在容量和成本挑战，这表明需要更高效的运输解决方案。长期以来，管道运输一直是运输大量流体的最经济方式，因此是一个有吸引力的替代方案。