据有关研究统计，全球85%以上的国际贸易运输量由船运承担[1]。目前全球约有10万艘100总吨以上船舶，总运力达21亿载重吨。2020年全球船运燃料消费量约2.8亿吨，排放二氧化碳近8.1亿吨，占全球碳排放总量的2.3%，船运带来的碳排放问题日益受到国际社会的高度关注。2018年国际海事组织已提出到2030年和2050年船运碳排放强度比2008年分别降低40%和70%、2050年船运碳排放总量比2008年降低50%的碳减排目标。
2015年，甲醇开始在船运业进行示范应用。相比燃料油，甲醇尽管在燃烧时仍会释放温室气体，但所排放的二氧化碳数量较少，且甲醇使用不需低温储存，发动机和存储系统改动较小，应用成本较低；生产甲醇的原料可以是可再生能源生产的绿氢和捕获的二氧化碳，因此甲醇被认为是可大规模应用于船运行业助力实现碳减排目标的替代燃料之一。为实现其制定的2050年净零碳排放目标，全球最大的集装箱航运公司马士基集团积极推动绿色甲醇船舶燃料的应用，2021年至今已订造超过12艘大型甲醇动力集装箱船，并与可再生能源公司合作，为新造船生产绿色甲醇，再次把船运行业应用甲醇燃料推向高潮。为了比较几种现有技术生产的低碳甲醇应用碳减排情况，有必要对这几种技术生产甲醇的全生命周期二氧化碳排放（简称碳排，下同）进行测算。
1国内外不同船用燃料全生命周期碳排放研究情况
国内不同船用燃料全生命周期碳排放评估相关文献较少。中国船级社（CCS）在《航运低碳发展展望2021》报告中对LNG、甲醇、生物柴油、氢和氨燃料进行了清洁燃料船用适应性综合分析，认为从全生命周期角度考虑燃料碳排放，化石基甲醇不能满足未来碳减排目标，应大力发展电合成绿色甲醇和生物质甲醇，但报告中未给出具体数据。
国外近年来研究不同船用燃料全生命周期碳排放评估工作文献逐渐增多。如Longspur研究机构2022年1月在《All at Sea–Methanol and Shipping》报告中提出生物LNG、绿氢、绿色甲醇、绿氨等几种船用燃料全生命周期（Well–to–wake）碳排见表1。新加坡南洋理工大学2021年1月在《Methanol as a Marine Fuel–Availability and Sea Trial Considerations》报告中提出生物LNG、生物柴油、生物甲醇等几种船用燃料全生命周期（Well–to–Propeller）碳排见表2。国际船运社（IMO）2016年在《Methanol as Marine Fuel：Environmental Benefits，Technology Readiness，and Economic Feasibility》报告中提出生物甲醇、轻柴油（MGO）、燃料油（HFO）、灰甲醇等生命周期碳排（Well–to–propeller）见表3。
2低碳甲醇船用燃料全生命周期碳排放测算
该文低碳甲醇主要指利用工业捕集CO2和绿氢生产的甲醇及生物制甲醇。
2.1工业捕集CO2与绿氢制甲醇
2.1.1测算范围
工业捕集CO2和绿氢制甲醇全生命周期碳排测算范围包括二氧化碳捕集、绿氢生产、甲醇生产、甲醇运输、甲醇使用环节。规模为10万吨级甲醇/年。参见图1。
2.1.2方法学
甲醇全生命周期碳排放主要包括直接排放和间接排放。直接排放主要包括燃料（煤炭、石油、天然气等）燃烧后的燃烧排放、生产工艺过程中产生的工艺排放以及各种设备部件泄露导致的逃逸排放；间接排放主要指外购的电、蒸汽所产生的排放。对于甲醇全生命周期碳排放核算，可参考《化工生产企业温室气体排放核算与报告要求》（GB/T32151.10-2015）等文件进行。常用的方法为排放因子法，即活动数据与排放因子的乘积，公式如下：
ECO2＝AD×EF
式中：ECO2为二氧化碳排放量，吨；AD为活动数据，单位根据具体排放源确定；EF为排放因子，单位与活动数据的单位相匹配，参见表4。
2.1.3具体测算
（1）二氧化碳捕集
1）高浓度二氧化碳捕集
以某百万吨级高浓度（91.62%v）二氧化碳捕集项目物料平衡为依据，测算单位二氧化碳捕集碳排因子。
该项目二氧化碳捕集工艺流程见图2。
排放因子测算情况见表5。从表中可看出，当外购电为网电（排放因子0.5810kgCO2/kW·h，下同）时。该项目单位产品二氧化碳捕集碳排放因子为0.391tCO2/tCO2，考虑到捕集减少二氧化碳排放，二氧化碳净排放因子为–0.609tCO2/tCO2。
2）低浓度二氧化碳捕集
以某10万吨级低浓度（11%v）二氧化碳捕集项目物料平衡为依据，测算单位二氧化碳捕集碳排因子。
该项目二氧化碳捕集工艺流程见图3。
排放因子测算情况见表6。从表中可看出，当外购电为网电（排放因子0.5810kgCO2/kW·h）时，该项目单位产品二氧化碳捕集碳排放因子为0.724tCO2/tCO2，考虑到捕集减少二氧化碳排放，二氧化碳净排放因子为–0.276tCO2/tCO2。
（2）绿氢生产
以某万吨级绿氢项目数据为依据，测算绿氢生产单位碳排。
该项目绿氢生产工艺流程见图4。
排放因子测算情况见表7。从表中可看出，该项目单位氢气生产碳排放因子为3.385tCO2/tH2。
（3）甲醇生产
以某10万吨级绿色甲醇项目数据为依据，测算绿色甲醇生产单位碳排。
该项目绿氢生产工艺流程见图5。
排放因子测算情况见表8、表9。从表中可看出，该项目单位甲醇生产碳排放因子当外购电为网电（排放因子0.5810kgCO2/kW·h）时高浓度CO2回收方案为–1.319tCO2/t甲醇，低浓度CO2回收方案为–0.832tCO2/t甲醇。
（4）甲醇运输
目前国内甲醇以汽车为主要运输方式。以目前常用32吨甲醇运输槽车为例测算其不同运距碳排因子，该槽车100km油耗为48.5L，柴油生命周期碳排放因子3.776tCO2/t柴油。柴油生命周期碳排放因子测算见表10。甲醇运输碳排放因子见图6。
（5）甲醇使用
甲醇船用热效率45%，单位甲醇燃烧排放1.375tCO2/t甲醇。
2.1.4测算结果
工业捕集CO2和绿氢制甲醇全生命周期碳排放数据见表11。
2.2生物制甲醇
2.2.1测算范围
根据全生命周期定义，生物制甲醇生命周期包括生物质种植吸收CO2和生物质种植、生物质运输、生物质预处理、生物质甲醇生产、生物质甲醇运输和生物质甲醇使用排放CO2等几个环节。参见图7。
2.2.2测算条件
生物质按秸秆考虑。部分基础数据参见表12。
2.2.3测算结果
某10万吨级生物制甲醇生产碳排测算见表13。
运距100km和1000km生物制甲醇全生命周期碳排测算结果见表14。
3船用燃料油全生命周期碳排放测算
为进行减碳效果对比，该文测算了船舶常用燃料油全生命周期碳排情况。船用燃料油测算范围为原油生产＋原油加工＋油品输送＋油品使用。数据采用国内某千万吨级炼厂设计数据。测算结果参见表15。
4低碳甲醇全生命周期碳排放比较
几种情景下船用燃料全生命周期碳排测算见表15。单位船用燃料生命周期碳排测算和单位热值船用燃料生命周期碳排测算见表16和表17。从表中可看出，回收高浓度CO2和低浓度CO2＋绿氢制甲醇、生物制甲醇，即低碳甲醇，其全生命周期单位产品碳排及单位热值碳排均低于燃料油；回收高浓度CO2生产的低碳甲醇生命周期单位产品碳排及单位热值碳排低于回收低浓度CO2生产的低碳甲醇，主要原因是高浓度CO2回收能耗低于低浓度CO2回收能耗。
经过与国外测算数据比较，该研究报告船用燃料生命周期单位发热量碳排数据与国际船运社、Longspur、南洋理工大学等研究机构数据数量级一致，见表18。
5主要研究结论
（1）低碳甲醇全生命周期单位热值碳排低于燃料油碳排的1/3，具有较好的碳减排效果，可以作为近期船运行业低碳替代燃料的选择之一。
（2）高浓度CO2捕集＋绿氢生产的低碳甲醇全生命周期单位热值碳排与生物制甲醇碳排相当。我国石化、化工行业制氢、合成气生产等排放高浓度CO2数量较大，有关企业可以考虑根据市场低碳甲醇高端市场需求，优化布局捕集利用石化、化工行业高浓度CO2生产低碳甲醇，既可减少企业碳排，又能减少高端市场应用碳排，实现双赢。
（3）低碳甲醇尤其是捕集低浓度CO2生产甲醇全生命周期仍存在碳排放，其排放量主要取决于CO2捕集和甲醇生产能耗。因此，发展低碳甲醇路线要解决的的主要问题是降低能耗或用经济的可再生能源替代化石能源。
