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(jìng)爭(zhēng)力，并預(yù)測(cè)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(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)、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(duì)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(duì)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(shì)。
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(cè)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
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(jìng)爭(zhēng)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)