近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院海洋工程研究院沈欣煒副教授團(tuán)隊(duì)在利用海上風(fēng)電規(guī)模化生產(chǎn)綠色甲醇以實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)深度脫碳方面取得研究進(jìn)展。該研究系統(tǒng)評(píng)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)測了其成為航運(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)定日益嚴(yán)格的航運(yùn)溫室氣體減排目標(biāo)，尋找經(jīng)濟(jì)可行的清潔替代燃料成為當(dāng)務(wù)之急。歐盟近期將航運(yùn)納入碳排放交易體系并實(shí)施《歐盟海運(yùn)燃料條例》（FuelEU Maritime），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，生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟(jì)競爭力不足是其目前大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。
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（堿性電解槽）、碳捕集技術(shù)（工業(yè)碳捕集或直接空氣捕集）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，綜合考慮了不同電力來源（海上風(fēng)電、海上風(fēng)電結(jié)合電網(wǎng)購電）、不同碳源、設(shè)備運(yùn)行特性（8760小時(shí)動(dòng)態(tài)模擬）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(píng)估。研究覆蓋了歐盟多個(gè)主要集裝箱港口（如鹿特丹、安特衛(wèi)普-布魯日等），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。
歐盟前15大集裝箱港口制取甲醇的平準(zhǔn)化成本評(píng)估
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（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2030-2035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。
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，研究成果不僅為產(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)的綠色甲醇有望在不久的將來成為推動(dòng)航運(yùn)業(yè)邁向零排放的關(guān)鍵力量。
相關(guān)研究成果以“具有成本競爭力的海上風(fēng)電驅(qū)動(dòng)的綠色甲醇生產(chǎn)助力海運(yùn)脫碳”（Cost-competitive offshore wind-powered green methanol production for maritime transport decarbonization）為題，于7月1日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)深圳國際研究生院2023級(jí)博士生杜云飛為論文第一作者，深圳國際研究生院副教授沈欣煒為論文通訊作者。論文共同作者包括加州大學(xué)伯克利分校教授丹尼爾·卡門（Daniel M. Kammen）、深圳國際研究生院2025屆碩士畢業(yè)生丁驍馳。研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、深圳市優(yōu)秀青年基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金海上風(fēng)電聯(lián)合基金的資助與支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-60608-5
來源：深圳國際研究生院
來源：北京號(hào)
