近日，清華大學深圳國際研究生院海洋工程研究院沈欣煒副教授團隊在利用海上風電規(guī)模化生產(chǎn)綠色甲醇以實現(xiàn)航運業(yè)深度脫碳方面取得研究進展。該研究系統(tǒng)評估了在歐洲港口利用海上風電直接生產(chǎn)綠色甲醇的技術可行性與經(jīng)濟競爭力，并預測了其成為航運主流清潔燃料的時間表。
隨著國際海事組織及歐盟等地區(qū)設定日益嚴格的航運溫室氣體減排目標，尋找經(jīng)濟可行的清潔替代燃料成為當務之急。歐盟近期將航運納入碳排放交易體系并實施《歐盟海運燃料條例》（FuelEUMaritime），顯著提高了傳統(tǒng)船用燃料的排放成本。綠色甲醇因其技術成熟度高、基礎設施兼容性好，被視為極具潛力的航運脫碳解決方案。然而，生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟競爭力不足是其目前大規(guī)模應用的主要障礙。
沈欣煒團隊創(chuàng)新性地提出并優(yōu)化設計了在歐盟港口“海上風電驅動綠色甲醇原位生產(chǎn)與加注”系統(tǒng)。該方案將海上風電場、電解水制氫裝置（堿性電解槽）、碳捕集技術（工業(yè)碳捕集或直接空氣捕集）以及甲醇合成裝置集成，實現(xiàn)從風電到綠色甲醇的“一站式”生產(chǎn)與加注，有效避免了燃料運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%的嚴格要求。
研究團隊建立了以最小化甲醇的平準化成本為目標的數(shù)學優(yōu)化模型，綜合考慮了不同電力來源（海上風電、海上風電結合電網(wǎng)購電）、不同碳源、設備運行特性（8760小時動態(tài)模擬）以及歐盟法規(guī)約束，對系統(tǒng)進行了精細化設計和評估。研究覆蓋了歐盟多個主要集裝箱港口（如鹿特丹、安特衛(wèi)普-布魯日等），并分析了關鍵成本驅動因素和未來技術發(fā)展趨勢。
研究顯示，即使考慮2025年的排放成本，傳統(tǒng)燃料價格仍低于綠色甲醇。然而，模型預測帶來了關鍵轉折點：一方面，隨著歐盟法規(guī)趨嚴，傳統(tǒng)燃料的排放成本將急劇上升；另一方面，得益于關鍵技術的持續(xù)進步，綠色甲醇的生產(chǎn)成本預計將顯著降低（到2050年可下降超過50%）。綜合分析表明，海上風電驅動的綠色甲醇預計在2030-2035年間實現(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)濟競爭優(yōu)勢。
研究為航運業(yè)深度脫碳提供了一條清晰且可預期的技術路徑，研究成果不僅為產(chǎn)業(yè)界投資決策提供了科學依據(jù)，也為政策制定者設計更有效的激勵和監(jiān)管框架提供了重要參考。隨著技術的不斷進步和全球脫碳政策的持續(xù)加碼，海上風電驅動的綠色甲醇有望在不久的將來成為推動航運業(yè)邁向零排放的關鍵力量。
相關研究成果以“具有成本競爭力的海上風電驅動的綠色甲醇生產(chǎn)助力海運脫碳”（Cost-competitiveoffshorewind-poweredgreenmethanolproductionformaritimetransportdecarbonization）為題，于7月1日發(fā)表于《自然·通訊》（NatureCommunications）。
清華大學深圳國際研究生院2023級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伯克利分校教授丹尼爾·卡門（DanielM.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基金面上項目、深圳市優(yōu)秀青年基礎研究項目、廣東省基礎與應用基礎研究基金海上風電聯(lián)合基金的資助與支持。
