經(jīng)過多年努力，航運(yùn)業(yè)已經(jīng)通過降低船舶航速、引入現(xiàn)代型環(huán)保船舶等方式減少二氧化碳排放，但要實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)只能通過燃料轉(zhuǎn)換。時(shí)下備受追捧的LNG可否令航運(yùn)業(yè)“進(jìn)階”?氫基燃料當(dāng)真是“終極燃料”嗎?電能又將充當(dāng)何種角色?

根據(jù)克拉克森的數(shù)據(jù)，2020年全球航運(yùn)業(yè)排放二氧化碳(CO2)約8.1億噸，船隊(duì)排放量較2008年下降約21%。這是航運(yùn)業(yè)通過降低船舶航速、引入現(xiàn)代型環(huán)保船舶等舉措取得的初步成效。干散貨運(yùn)輸巨頭Klaveness的一項(xiàng)研究顯示，2008—2020年，船舶降速和能源效率等提升措施已使典型巴拿馬型船的碳排放量減少約30%(相當(dāng)于每年減少約10噸CO2當(dāng)量，見圖)。

但是，由于全球氣候形勢日益嚴(yán)峻，航運(yùn)業(yè)承擔(dān)著繼續(xù)降低CO2等溫室氣體排放的重任，而包括國際海事組織(IMO)在內(nèi)的各大行業(yè)機(jī)構(gòu)也在力促航運(yùn)業(yè)加快碳減排進(jìn)程。6月下旬，歐盟則進(jìn)一步提議把航運(yùn)業(yè)納入其碳排放交易體系，并希望航運(yùn)業(yè)從2023年起為往返于歐盟港口之間的船舶航行支付碳排放費(fèi)用。

某船廠商務(wù)人士周曉杰告訴《航運(yùn)交易公報(bào)》，2008年以來的新造船幾乎都是電推主機(jī)，這將促使單船能源消耗減少約10%。同時(shí)，一些船舶通過加裝風(fēng)帆、球鼻艏改造、加裝螺旋槳槳轂鰭等方式降低能源消耗并減少CO2等溫室氣體的排放。此外，在船舶上加裝太陽能光伏系統(tǒng)以提供船舶照明電源也成為一種降低能源消耗的重要方式。

然而，Klaveness的研究表明，2010年以來業(yè)界探索的主要溫室氣體減排方式難以帶領(lǐng)航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)減排的“終極理想”，能源轉(zhuǎn)換幾乎成為必然之路。

LNG等清潔能源僅是“進(jìn)階石”嗎?

在進(jìn)入業(yè)界視野的主要可轉(zhuǎn)換燃料中，當(dāng)前受青睞度最高的是液化天然氣(LNG)。

自2018年IMO提出碳減排的目標(biāo)后，達(dá)飛輪船規(guī)�；�訂造9艘23000TEU型和5艘15000TEU型LNG混合動(dòng)力船，中遠(yuǎn)海能將其在大連船舶重工訂造的4艘超大型油輪升級為LNG混合動(dòng)力船舶，殼牌石油通過多家船東訂造LNG混合動(dòng)力油輪，眾多企業(yè)成為把LNG應(yīng)用為主流船型燃料的先行者。

法國船級社可持續(xù)發(fā)展中心經(jīng)理宋丹表示，由于在LNG船上的應(yīng)用，LNG作為船用燃料的應(yīng)用歷史超過10年，技術(shù)上已經(jīng)較為成熟。據(jù)周曉杰介紹，2021年以來越來越多的新造船選擇應(yīng)用LNG雙動(dòng)力系統(tǒng)。在集裝箱船領(lǐng)域，包括赫伯羅特6月份在韓國大宇造船與海洋訂造的6艘23500TEU型船、達(dá)飛輪船4月份在中國江南造船訂造的6艘15000TEU型船和在滬東中華造船訂造的6艘13000TEU型船、塞斯潘3月份在韓國三星重工訂造的10艘15000TEU型船和6月份在中國揚(yáng)子江船業(yè)訂造的15艘7000TEU型船等，均選擇應(yīng)用這一系統(tǒng);在油輪領(lǐng)域，15艘新造超大型油輪選擇應(yīng)用這一系統(tǒng);在散貨船領(lǐng)域，挪威Himalaya Shipping等船東訂造的20艘210000DWT級紐卡斯?fàn)栃痛瑧?yīng)用這一系統(tǒng)……克拉克森統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在2021年截至8月底的新訂單中，有182艘船舶選擇LNG作為替代燃料。

周曉杰表示，另有一些船東選擇“騎墻”。在2021年截至8月底的新訂單中，有49艘船舶采納一種便于在未來改裝成可增加LNG驅(qū)動(dòng)(LNG-ready)的設(shè)計(jì)。除了加裝費(fèi)用高、設(shè)計(jì)建造難度大等原因，宋丹認(rèn)為，甲烷(CH4)逃逸現(xiàn)象也是一個(gè)不可忽略的因素，據(jù)了解，CH4的溫室氣體效應(yīng)約是CO2的28倍。盡管目前CH4并未被列入IMO規(guī)管的排放氣體，但是這并不代表未來不會(huì)。

此外，甲醇、二甲醚、乙醇以及液化石油氣(LPG)等也進(jìn)入航運(yùn)業(yè)減少溫室氣體的候選名單之中。在這些燃料中，甲醇是一種可以與LNG相媲美的船用燃料。宋丹表示，較之LNG的優(yōu)勢是，甲醇在常壓常溫下是液態(tài)，不需要降溫加壓液化，與傳統(tǒng)燃料在船上的儲(chǔ)存類似，但是甲醇的單位體積能量密度較低，因此相對于傳統(tǒng)燃料，需要較大艙容來儲(chǔ)存。在港口加注可獲得性方面則幾乎與LNG相當(dāng)，據(jù)悉全球已有超過100個(gè)港口可以獲取甲醇。

8月，馬士基在韓國現(xiàn)代重工訂造的(8+4)艘16000TEU型船選用甲醇混合動(dòng)力主機(jī)引發(fā)廣泛關(guān)注。實(shí)際上，馬士基7月初在韓國現(xiàn)代尾浦訂造的1艘2100TEU型船已經(jīng)使用這一動(dòng)力系統(tǒng)。

從趨勢上看，清潔能源混合動(dòng)力新造船正呈逐步增加之勢。船用主機(jī)巨頭MAN新近表示：“雙燃料主機(jī)訂單規(guī)模正在擴(kuò)大，當(dāng)前其約占總體訂單的1/3，傳統(tǒng)主機(jī)占2/3。我們預(yù)計(jì)到2025年兩種主機(jī)的訂單比例將達(dá)到1∶1。”

讓業(yè)界有所疑慮的是，目前廣泛使用的LNG或甲醇作為燃料均有一定比例的CO2排放，無法以其追尋“零碳”的“終極理想”。更為理想的生物燃料在生產(chǎn)和運(yùn)輸中也會(huì)產(chǎn)生CO2，而且作為其主要原材料之一的廢棄食用油的供應(yīng)量并不充足。

然而，也有專業(yè)人士指出，生物L(fēng)NG可以達(dá)到更好的溫室氣體減排效果。由“灰色”甲醇(將甲醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2排向大氣)向“藍(lán)色”甲醇(將甲醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2捕捉)的轉(zhuǎn)變將進(jìn)一步減少排放，再向“綠色”甲醇(甲醇由生物質(zhì)原料直接獲得，或使用捕捉封存的CO2與“綠”氫反應(yīng)獲得)轉(zhuǎn)變便可實(shí)現(xiàn)“終極理想”。據(jù)了解，馬士基在訂造甲醇雙動(dòng)力集裝箱船時(shí)也意在使用“綠色”甲醇，以便未來實(shí)現(xiàn)“碳中和”。

氫基燃料可否成為“終極”燃料

與馬士基的理念類似，業(yè)界也在研究通過“綠”氨(NH3)等燃料實(shí)現(xiàn)零排放。

一直以來，氨主要運(yùn)用于化肥工業(yè)。氨作為燃料的主機(jī)技術(shù)研究始于第二次世界大戰(zhàn)期間，燃料匱乏的比利時(shí)成功地在1941—1942年冬季的100輛汽車和從1943年起的8輛公交車上應(yīng)用了氨和壓縮的混合煤氣(主要是氫氣和一氧化碳)。隨著航運(yùn)業(yè)面臨脫碳和擺脫對化石燃料依賴的壓力，氨看起來是一種有強(qiáng)吸引力的替代燃料。

2019年12月，在“2019年中國國際海事技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議和展覽會(huì)”上，中國船舶集團(tuán)發(fā)布氨燃料雙動(dòng)力概念超大型集裝箱船，引發(fā)更多關(guān)注。

周曉杰表示：“2021年以來，我們看到越來越多的新造船訂單采納一種便于在今后改裝成可增加氨驅(qū)動(dòng)(Ammonia-ready)的設(shè)計(jì)。”在2021年截至8月底的新訂單中，有22艘船舶選用這種設(shè)計(jì)，包括9艘集裝箱船、9艘油輪和2艘LPG船。“只是氨燃料雙動(dòng)力主機(jī)現(xiàn)在仍在研發(fā)階段，還沒有成型的產(chǎn)品推出。根據(jù)主機(jī)廠商的信息，首臺(tái)可燃燒氨的主機(jī)要到2023或2024年才會(huì)正式面世”，宋丹說。

盡管氨作為燃料在船上的實(shí)際應(yīng)用仍處起步階段，卻是航運(yùn)業(yè)走向“終極理想”最具潛力的燃料。首先，氨是氮與氫的化合物，由于不含碳，因此在用作船用燃料時(shí)不會(huì)排放任何CO2，這創(chuàng)造了“零碳”推進(jìn)的可能性。其次，從能量密度來看，氨的體積能量密度與甲醇相似，約為傳統(tǒng)化石燃料的1/3，從而使得氨燃料在船上存儲(chǔ)具有相對經(jīng)濟(jì)可行性。第三，氨的液化需要較少的冷卻，在常壓下-33°C左右，或者常溫在1MPa左右即可成為液態(tài)，便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

但不可忽視的是，氨是一種有毒物質(zhì)，并且對某些金屬材料存在腐蝕性，這較傳統(tǒng)船用燃料而言更加危險(xiǎn)。此外，氨燃燒時(shí)會(huì)排出具有刺鼻惡臭的一氧化二氮，該物質(zhì)也是較強(qiáng)的溫室氣體，這也是在技術(shù)上需要解決的問題。“與甲醇當(dāng)前的生產(chǎn)狀況類似，氨絕大部分是通過工業(yè)生產(chǎn)合成的，在此過程中不可避免要產(chǎn)生CO2，這種氨只能稱為‘灰’氨。如果在源頭生產(chǎn)過程中捕捉CO2，將可獲得‘藍(lán)’氨。生產(chǎn)‘綠’氨則需要利用綠色電能電解海水等方式獲取氫，再將氫與空氣中的氮?dú)夂铣伞?rdquo;宋丹詳細(xì)解釋氨燃料的獲取途徑。

既然“綠”氨需要?dú)鋪砗铣�，那何不直接利用氫作為船用清潔燃料�?實(shí)際上，氨是利用氫特性作為燃料，也被稱為“氫基”燃料。宋丹認(rèn)為：“盡管氫也是一種很好的燃料，但其要求的儲(chǔ)存條件比較嚴(yán)苛，易燃易爆的特性導(dǎo)致其危險(xiǎn)性較高，未來或許近海短程運(yùn)輸船舶會(huì)選擇氫作為燃料。”

綠色電能成為通達(dá)彼岸的“橋梁”

無論是氨，還是氫在未來作為船用綠色燃料方面的應(yīng)用，都離不開一個(gè)“電”的概念，這一切還要從“綠”電開始。

中遠(yuǎn)海運(yùn)集團(tuán)近日稱：“大力推進(jìn)船舶受電和港口岸電設(shè)施升級改造，分步推動(dòng)五星旗沿海航行船舶岸電改造，重點(diǎn)推進(jìn)在建碼頭岸電配套設(shè)施建設(shè);重點(diǎn)打造綠色航運(yùn)樣板工程和綠色航線，推進(jìn)船舶岸電使用，實(shí)現(xiàn)自有船舶靠泊自有港口岸電使用，形成綠色航運(yùn)建設(shè)和推廣機(jī)制，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范……”岸電正成為其綠色轉(zhuǎn)型的能源來源之一。

有專家表示，在當(dāng)前全球主要依賴化石能源發(fā)電的背景下，岸電來源“綠色化”才能真正促進(jìn)CO2的減排。近年來，全球有多個(gè)港口正通過將風(fēng)電、光伏電等引入岸電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正的綠色岸電供應(yīng)。不久前，天津港從山西省河曲飛龍泉風(fēng)電場、交口祝源光伏電站等50家風(fēng)電及光伏發(fā)電企業(yè)采購的電能已輸送至天津北疆港區(qū)智能化集裝箱碼頭的岸電設(shè)施上。

除了岸電之外，電池混合動(dòng)力船舶的訂造也在增加。在2021年截至8月底的新訂單中，有39艘船舶選擇電池混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括12艘客船/客滾船、1艘豪華郵輪、4艘汽車運(yùn)輸船、9艘住宿船、4艘港拖、2艘雜貨船、2艘小型化學(xué)品船、2艘LNG與原油燃料船和2艘瀝青運(yùn)輸船。

不難發(fā)現(xiàn)，上述船舶以沿海近洋運(yùn)輸為主。某業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，由于船用電池能源密度的瓶頸仍舊難以突破，以電池為燃料的船舶更適宜承擔(dān)短途運(yùn)輸任務(wù)。國際航運(yùn)商會(huì)的研究也表明，要滿足一艘全球航行的大型集裝箱船的能耗需求，需要至少1萬個(gè)動(dòng)力電池，目前的電池技術(shù)尚不足以應(yīng)用于遠(yuǎn)洋船舶。

然而，電能對于航運(yùn)業(yè)走向“碳中和”仍然意義重大，前文所提及的“綠色”甲醇、“綠”氨以及“綠”氫無一例外需要電解水獲取氫基。也就是說，電能的供應(yīng)、尤其是綠色電能的充足供應(yīng)是航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“終極理想”的必由之路。

應(yīng)該說，隨著風(fēng)能、太陽能、潮汐能等清潔能源獲取技術(shù)的不斷進(jìn)步，清潔電能不斷增多，將為綠色船用燃料的生產(chǎn)提供支撐。不過，一旦與一年超過3億噸船用燃油當(dāng)量進(jìn)行換算，當(dāng)前的清潔電能供應(yīng)仍顯“卑微”。有機(jī)構(gòu)按當(dāng)前航運(yùn)業(yè)使用的能源量計(jì)算，如果完全轉(zhuǎn)換為使用“綠”氨，需要消耗的電能約7萬億千瓦時(shí)，幾乎與目前中國一年的總發(fā)電量相當(dāng)。需要提醒的是，2020年中國約70%的發(fā)電量依賴火力發(fā)電。

世界銀行也強(qiáng)調(diào)，到2030年，“零碳”燃料至少需要占船用燃料組合的5%，才能保證航運(yùn)業(yè)不偏離IMO設(shè)定的減碳軌跡。

從當(dāng)前新船訂單的燃料選擇中可以看到，傳統(tǒng)燃油仍是主流，LNG與燃油雙燃料在增多，選擇設(shè)計(jì)可改裝的也有一些。在走向“終極理想”時(shí)，航運(yùn)業(yè)總體仍表現(xiàn)為無措。盡管沒有“靈丹妙藥”，航運(yùn)業(yè)也必須在探索中走下去。除了燃料上的抉擇，時(shí)下更多船東仍然選擇以降低航速、利用各種措施提升船舶能效等方式降低CO2排放。在提升船舶能效的措施方面，數(shù)字化應(yīng)用正給予船東更多助力，船舶大型化也成為提升單位運(yùn)能的有效方式。

在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期目標(biāo)上，CO2捕捉或?qū)⒊蔀橐环N替代方案。但從目前的技術(shù)上看，這也同樣是一條漫長而曲折的道路。

(新媒體責(zé)編：xmtqyd)