生物燃料与醇类
本页根据 EMSA《Potential of biofuels for shipping》（2023 修订，2 卷）和《Study on the use of ethyl and methyl alcohol as alternative fuels》（183 页）。生物燃料可以混入现有燃油，甲醇和乙醇要改喷射和储存。能不能计入减排，取决于原料、认证和价格。
来源：EMSA 生物燃料研究与醇类燃料研究 · 资料库
生物燃料：市场现状与减排潜力
生物燃料可以混入或替代现有燃油，不必换主机。IMO 2020 燃油消耗数据收集里，99.91% 仍是常规含碳燃料，生物燃料占比很小。
资源与减排
- EU 可持续生物质 6.3–8.0 EJ（2030），2050 为 6.7–14.7 EJ；国际海运 2021 约 12 EJ。
- 全球 83–134 EJ（2030）、131–207 EJ（2050），另有 30–50 EJ 保守估计。
- 木质生物质先进燃料减排 >90%，叠加 CCS 可 >100%。
- 粮食作物有 ILUC 反增风险，须避免。
排放与排名
- 无硫；NOx 与馏分油相当或略高（生物甲醇可降 NOx；生物甲烷柴油循环需再校准）。
- WtT 减排最大：木质纤维素制生物甲醇、DME、FT 柴油。
- 综合排名前列：生物甲醇、FT 柴油、废弃物厌氧消化生物甲烷、DME。
- 居后：植物油 FAME、FOG/植物油 HVO。
成本比较以 VLSFO 为参照，并计入低位热值差带来的多加油，以及碳价。2030 年生物甲醇和生物甲烷的总拥有成本大约高 92–94%。到 2050 年差距收窄，生物甲烷与 VLSFO 的差距仍大于生物甲醇。计入碳价后，生物甲醇船的总拥有成本在 2050 年可以低于 VLSFO 船。FT 柴油和氢化植物油在 2030 年可以与 VLSFO 相当，2050 年计入碳价后可以更低。脂肪酸甲酯在 2030 年大约再高 40%，2050 年计入碳价后可以低于 VLSFO，并与生物甲醇处在同一档。生物质若短缺，价格会继续上涨。
五项等权排序
可持续性、可得性、生产技术成熟度、适用性和预计成本五项等权。靠前的是生物甲醇、费托柴油、废物和残渣厌氧消化得到的生物甲烷，以及二甲醚，这几项排在前三档。中间是油脂来源的脂肪酸甲酯，以及气化得到的生物甲烷。靠后的是植物油来源的脂肪酸甲酯，以及油脂或植物油来源的氢化植物油。
危险识别：柴油类和二甲醚
三份危险识别做在氢化植物油、费托柴油和脂肪酸甲酯上，主机有四冲程也有二冲程。另有一艘液化石油气船，把燃料系统改成烧二甲醚，并试了与液化石油气的不同掺混比。生物甲烷和生物甲醇没有进这组识别，报告把它们当成与化石同类燃料同一套风险。结论是：氢化植物油、费托柴油、脂肪酸甲酯和二甲醚混合物的风险都可以缓解，可以上船。具体风险仍取决于原料和工艺，毒性或设备可靠性可以更高。使用初期，检验、清洁和船员培训会比常规燃油更勤；经验积累之后，频率预期回到常规燃油的水平。
研究结论 EMSA《Potential of biofuels for shipping》rev1 · 2023-09，综述的适用性、排序和危险识别。强度和零计见 FuelEU 条例。
甲醇与乙醇：表 3 的物性
工业甲醇按 IMPCA 标准常见纯度为 99.85%（质量）。乙醇作汽油调和组分时，欧盟 EN 15376 要求乙醇及更高饱和醇合计至少 98.7%。分子里有羟基，点火、热值、颗粒和氮氧化物都和馏分油不同。船上常温常压下两者都是液体。
| 性质 | 甲醇 | 乙醇 | 船用轻柴油 |
|---|---|---|---|
| 沸点（1 bar） | 65°C | 78°C | 175–650°C |
| 密度（15°C） | 796 kg/m³ | 792 kg/m³ | 最高 900 kg/m³ |
| 低位热值 | 20 MJ/kg | 28 MJ/kg | 43 MJ/kg |
| 润滑性磨痕 | 1100 μm | 1057 μm | 280–400 μm |
| 蒸气相对密度（空气=1） | 1.1 | 1.6 | >5 |
| 闪点 | 12°C | 17°C | >60°C |
| 自燃温度 | 464°C | 363°C | 250–500°C |
| 可燃极限（体积） | 6–36% | 3.3–19% | 0.3–10% |
同样能量，甲醇质量大约是重油的两倍，乙醇介于两者之间，舱容按热值和密度一起算。闪点 12°C 和 17°C 都低于 SOLAS 对船用油 60°C 的下限，舱和透气要隔开空气和火源。甲醇蒸气密度接近空气，乙醇蒸气比空气重，低处会积聚。25°C 最小点火能三者都低于 1 mJ，船用轻柴油约 20 mJ。磨痕大于轻柴油，柴油机喷射系统要改，否则泵和喷嘴磨损快。黏度也低（甲醇 25°C 时 0.6 cSt），同样靠喷射系统适配。
甲醇有毒，操作要防护。乙醇按饮用醇处理，研究报告写为无毒，仍可燃。两者都腐蚀材料。溢到水里可溶、可生物降解、不在生物体内富集。甲醇在鹿特丹和安特卫普有大宗储罐；报告付印时没有乙醇的船用项目。灰甲醇的井到尾与液化天然气、船用柴油接近；二代废木制的生物甲醇全球变暖潜势低。乙醇低于化石燃料，巴西甘蔗和瑞典原料低于美国玉米。
改装或新建甲醇动力的成本，研究报告放在与洗涤塔加选择性催化还原同一档，低于液化天然气。回收期随油价差变化。
研究结论 EMSA 醇类燃料研究第 2.2 节与表 3。加注程序见 生物燃料加注。
甲醇的实船项目与发动机
报告梳理了甲醇作为船用燃料的项目，最早的一个从 2006 年开始。值得注意的是，完全没有找到以乙醇作船用燃料的项目，乙醇只有陆用的例子，原因主要是乙醇价格长期高于甲醇，作为主选燃料不划算。下表是报告表 1 列出的项目。从时间线上看，早期是燃料电池和实验室试验，2013 年后转入主机改装与商业造船。
| 项目 | 年份 | 类型与协调方 | 试验燃料与船型 |
|---|---|---|---|
| METHAPU | 2006–2009 | 欧盟 FP6 原型项目，Wärtsilä 芬兰协调 | 甲醇固体氧化物燃料电池；汽车运输船 |
| EffShip | 2009–2013 | 以纸面研究为主、含部分实验室试验，SSPA 瑞典与 ScandiNAOS 协调 | 甲醇实验室试验；短途滚装船与巴拿马型油轮案例 |
| SPIRETH | 2011–2014 | 实验室与船上试验（船上把甲醇转化为二甲醚），SSPA 与 ScandiNAOS 协调 | 改装主机用甲醇、辅助机用二甲醚；客滚船 |
| Methanol: The marine fuel of the future（Pilot Methanol） | 2013–2015 | 主机改装与船上试验，Stena AB 协调 | 甲醇；客滚船 Stena Germanica |
| MethaShip | 2014–2018 | 设计研究，Meyer Werft 协调 | 甲醇与二甲醚；邮轮与客滚船 |
| Waterfront Shipping | 2013–2016 | 商业造船项目 | 甲醇双燃料主机；化学品船 |
| LeanShips | 2015–2019 | 地平线 2020，八个示范（其中一个用甲醇），DAMEN 协调 | 甲醇、液化天然气与常规燃料；小水线面双体船与耙吸挖泥船 |
| proFLASH | 2015 起 | 甲醇与液化天然气物性对火灾探测与灭火系统影响的研究，SP 瑞典技术研究所协调 | 甲醇与液化天然气；全船型 |
| SUMMETH | 2015–2017 | MARTEC II 项目，SSPA 协调，聚焦较小船机（约 250–1200 kW） | 甲醇实验室试验；公路渡轮 |
发动机方面，报告表 2 区分了船用与陆用。船用两项：Wärtsilä 为中速四冲程主机提供甲醇/船用轻柴油双燃料改装套件，先装在 Stena Germanica；MAN Diesel & Turbo 的 ME-LGI 系列 2013 年推出，是低速二冲程、用引燃油点火的双燃料机，可烧甲醇、乙醇、液化石油气、汽油或二甲醚。陆用例子则有 Scania 的乙醇柴油机（ED9，1985 年起用于公交与卡车）和 Caterpillar 的 100% 甲醇高速机（经辉光塞改装，1987–1988 年在加拿大长途卡车上累计运行约 5,000 小时）。水岸航运的七条 50,000 载重吨化学品船用 ME-LGI 双燃料机，2016 年交付，甲醇以 8 bar 供给、用引燃油点火，燃油增压喷射阀把喷油压力提到 600 bar。
研究结论 EMSA 醇类燃料研究第 2.1 节与表 1、表 2。乙醇无船用项目。
成本与经济性：投资与回收期
报告用投资成本、年均燃料成本和回收期三个指标比较路线，价格按平均、高油价和低油价三种情景取值，低油价情景对应 2015 年末的油市。结论对订造决策有用：甲醇的技术成熟度上来后，经济性几乎完全取决于甲醇与船用轻柴油的价差。
投资成本按每千瓦合规策略量算。报告的表 10 以每千瓦美元列出，新建含发动机、发电机与电气设备，改装只含改造既有发动机与相关系统。甲醇双燃料四冲程改装 392 美元每千瓦、新建 815 美元每千瓦；乙醇假定与甲醇相同，因为两者性质相近、改装范围也相近。作为对照，高硫油加洗涤塔与选择性催化还原为改装 489、新建 926 美元每千瓦；液化天然气双燃料四冲程加储罐为改装 664、新建 1275 美元每千瓦；船用轻柴油发动机升级加选择性催化还原或废气再循环的改装为 15 万美元加 63 美元每千瓦、新建为 12 万美元加 542 美元每千瓦。甲醇改装每千瓦的数字取自 2015 年一艘 24 兆瓦客滚船的实船改装项目。报告强调估算基于很有限的经验，当时甲醇只有一例实装，经验多了、规范与船级要求明确后投资会降。
| 合规策略 | 渡轮改装 | 化学品船改装 | 邮轮改装 | 渡轮新建 | 化学品船新建 | 邮轮新建 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 船用轻柴油（SCR/EGR） | 1.4 | 0.8 | 1.6 | 11.0 | 5.5 | 12.6 |
| 高硫油（洗涤塔+SCR） | 9.8 | 4.9 | 11.3 | 18.5 | 9.3 | 21.3 |
| 液化天然气双燃料四冲程 | 13.3 | 6.6 | 15.3 | 25.5 | 12.8 | 29.3 |
| 甲醇双燃料 | 7.8 | 3.9 | 9.0 | 16.3 | 8.2 | 18.7 |
| 乙醇双燃料 | 7.8 | 3.9 | 9.0 | 16.3 | 8.2 | 18.7 |
运行维护成本按每兆瓦时计，液化天然气取 6 美元，甲醇与乙醇取 4 美元，后者约比前者低 35%，因为替代部件不必承受低温。改装与新建的运行维护成本假定相同。回收期以船用轻柴油为基准，把其它方案的投资额减去基准方案的投资额，得到需要靠省油回收的额外投入。
| 船型 | 情景 | HFO | MGO | LNG | 甲醇 | 乙醇 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 渡轮 | 平均价 | 10.3 | 14.3 | 10.9 | 12.0 | 15.2 |
| 化学品船 | 平均价 | 6.5 | 9.1 | 6.9 | 7.6 | 9.6 |
| 邮轮 | 平均价 | 11.7 | 16.3 | 12.5 | 13.7 | 17.3 |
| 渡轮 | 高油价 | 12.6 | 21.5 | 11.6 | 12.0 | 14.4 |
| 化学品船 | 高油价 | 8.0 | 13.7 | 7.4 | 7.7 | 9.1 |
| 邮轮 | 高油价 | 14.3 | 24.5 | 13.2 | 13.7 | 16.4 |
| 渡轮 | 低油价 | 5.7 | 9.6 | 8.3 | 11.4 | 11.7 |
| 化学品船 | 低油价 | 3.6 | 6.1 | 5.3 | 7.2 | 7.4 |
| 邮轮 | 低油价 | 6.5 | 11.0 | 9.4 | 13.0 | 13.3 |
回收期的结论分两层。只要船全年在排放控制区内营运，甲醇与高硫油加洗涤塔和选择性催化还原两条路线都不超过三年，甲醇在全部案例船上为 1.5 至 3.1 年，液化天然气略长，为 3.4 至 4.6 年，原因是改装和新建投资更高。一旦有相当比例时间在排放控制区外，回收期就拉长甚至收不回：化学品船只一半时间在区内时甲醇改装的回收期为 21.2 年，邮轮只在 25% 时间进区时甲醇方案根本收不回投资。渡轮全程在区外时，甲醇、乙醇和液化天然气都收不回。
| 案例 | 方式 | 高硫油+洗涤塔+SCR | LNG | 甲醇 | 乙醇 |
|---|---|---|---|---|---|
| 渡轮 100% 区内 | 改装 | 2.2 | 3.8 | 3.1 | 收不回 |
| 渡轮 100% 区内 | 新建 | 2.0 | 4.6 | 2.6 | 收不回 |
| 化学品船 100% 区内 | 改装 | 1.7 | 3.0 | 2.4 | 收不回 |
| 化学品船 100% 区内 | 新建 | 1.5 | 3.6 | 2.1 | 收不回 |
| 化学品船 50% 区内 | 改装 | 3.4 | 7.5 | 21.2 | 收不回 |
| 化学品船 50% 区内 | 新建 | 3.1 | 9.1 | 18.0 | 收不回 |
| 邮轮 100% 区内 | 改装 | 2.3 | 3.6 | 2.9 | 收不回 |
| 邮轮 100% 区内 | 新建 | 2.1 | 4.4 | 2.5 | 收不回 |
| 邮轮 25% 区内 | 改装 | 9.0 | 36.2 | 收不回 | 收不回 |
| 邮轮 25% 区内 | 新建 | 8.2 | 44.2 | 收不回 | 收不回 |
报告另做了一组对照，把比较对象从船用轻柴油换成 900 美元每吨的 0.5% 硫燃油，因为 2020 年全球硫上限会让区外营运的燃油成本上升。这一组里高硫油加洗涤塔和选择性催化还原新建 3.0 年、改装 3.3 年，甲醇新建 6.2 年、改装 7.3 年，液化天然气约 6 至 7.5 年，乙醇仍收不回。报告同时提醒，那时的燃料价差很不确定，价差一旦拉大，甲醇和液化天然气的回收期都会缩短。
乙醇在两种价格口径下都贵于船用轻柴油，这也是报告没有找到乙醇船用项目的原因之一。
研究结论 EMSA 醇类燃料研究第 2.5 节与表 10 至 19。价格为报告发布时的情景假设，不代表当前市场。
中国企业视角
- B24、B30 和生物甲醇可以进 2025–2030 年的 FuelEU 核算，前提是原料可持续、认证链完整。
- 粮食作物制的脂肪酸甲酯有间接土地利用变化风险，可能不算减排。木质纤维素和废弃物来源更稳。
- 中国船厂的甲醇双燃料船订单已经靠前。甲醇的供应和加注还跟不上这些订单。引燃油仍计入 MRV 和 ETS。
- 核算口径：EU ETS 对生物燃料普遍按零排放因子处理，但需满足可持续性与 GHG 节省标准（见 ETS FAQ）。