日前，由中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院(MARIC)與中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司、中遠(yuǎn)海運(yùn)能源運(yùn)輸有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)研發(fā)的氨燃料動(dòng)力VLCC同時(shí)獲中國(guó)船級(jí)社CCS、美國(guó)船級(jí)社ABS頒發(fā)的原則認(rèn)可(AIP)證書。

近年來，為實(shí)現(xiàn)IMO2050年減排目標(biāo)，航運(yùn)業(yè)爭(zhēng)相開展創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用和引進(jìn)替代燃料等減排措施。而在眾多替代燃料中, 燃燒不產(chǎn)生二氧化碳且便于儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)囊喊比剂铣蔀榱藰I(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)。

優(yōu)劣勢(shì)明顯

當(dāng)前全球氨資源儲(chǔ)備豐富，制備成本更低，同時(shí)氨更易于儲(chǔ)存，液氨能量密度比氫高1倍，同樣體積儲(chǔ)存能力是液氫的2倍;在基礎(chǔ)設(shè)施方面，現(xiàn)有氨分銷渠道很成熟，成本低，人類已經(jīng)從氨中實(shí)現(xiàn)獲益;目前商用制氨技術(shù)成熟，集合可再生能源制氨，可用性強(qiáng)，應(yīng)用十分廣泛;安全性方面，氨可以以液態(tài)儲(chǔ)存，安全性極高。對(duì)環(huán)境影響小，現(xiàn)有氨產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)環(huán)境影響可控。

根據(jù)氨能源協(xié)會(huì)報(bào)告，目前氨每年大約生產(chǎn)2億噸，是世界上產(chǎn)量第二大的化工商品。而每噸合成氨產(chǎn)生1.8噸CO₂，我國(guó)合成氨年產(chǎn)5000萬—6000萬噸，占全球產(chǎn)量的25%—30%。目前合成氨是第一代灰氨，2030年前生產(chǎn)第二代零碳藍(lán)氨(天然氣裂解和CO₂捕集)和第三代可再生能源合成氨都是未來不遠(yuǎn)的規(guī)劃。

同濟(jì)大學(xué)教授、燃料噴射與燃燒所所長(zhǎng)李理光教授介紹：“早在2004年，美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)就成立了氨能源委員會(huì)分會(huì)專門研究這個(gè)問題，目前已經(jīng)取得了一些相應(yīng)的成果。在船用機(jī)上，尤其是大型船舶，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。這里的氨用的不是純氨，有的是和柴油混合，有的和天然氣混合，實(shí)際上是混合燃燒的燃料。”

今年，Lloyd's List(海事出版物)和 勞氏對(duì)航運(yùn)業(yè)利益相關(guān)者進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，氨將成為2050年最具潛力的三大燃料之一。調(diào)查顯示，預(yù)計(jì)氨燃料在航運(yùn)燃料中的使用量占比將從2030年的7%增長(zhǎng)2050年的20%。

不過，值得注意的是，雖然氨不是高度易燃的，但空氣中僅0.25%的濃度即可導(dǎo)致死亡，使該燃料對(duì)人具有高度毒性。燃料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、操作和維護(hù)必須確保船員、港口工作人員和燃料供應(yīng)商的安全。

此外，發(fā)動(dòng)機(jī)中氨的燃燒會(huì)釋放一氧化二氮 (N2O，俗稱“笑氣”)，一氧化二氮是排在二氧化碳、甲烷之后的第三大溫室氣體。它所能造成的溫室效應(yīng)的效果大約是二氧化碳的200倍。因此，船上將需要額外的設(shè)備來控制 NOx排放。

行業(yè)加快布局

根據(jù)克拉克森數(shù)據(jù)，替代燃料在船隊(duì)及手持訂單中的應(yīng)用正在穩(wěn)步推進(jìn)。截至2021年11月初，以總噸計(jì)，全球船隊(duì)中約4.2%的船舶可使用替代燃料，手持訂單中這一比例達(dá)到34%。從燃料類型來看，手持訂單中29.7% (548艘)的運(yùn)力將使用LNG作為燃料，2.5%(95艘)將使用LPG，此外還有1.8%的船舶將使用其他類型燃料，包括甲醇(22艘)、乙烷(10艘)、生物柴油(6艘)、氫(3艘)以及電池動(dòng)力(116艘)。與此同時(shí)，手持訂單中還有24艘“氨預(yù)留”及5艘“氫預(yù)留”船舶，方便日后進(jìn)行相關(guān)燃料動(dòng)力的改造。

據(jù)外媒報(bào)道，F(xiàn)ortescue Metals Group (FMG) 計(jì)劃在 2022 年底前準(zhǔn)備好世界上第一艘氨動(dòng)力船。該公司有大約 100 艘運(yùn)輸?shù)V石的船只，在這十年內(nèi)將盡快把所有船只改裝成綠氨驅(qū)動(dòng)。綠氨是通過在可再生能源生產(chǎn)的綠色氨中添加從空氣中吸取的氮?dú)舛�制成�?/p>

現(xiàn)代重工(HHI)和韓國(guó)造船與海洋工程公司(KSOE)已獲得BV 船級(jí)社Bureau Veritas的原則認(rèn)可(AIP)證書，以設(shè)計(jì)和開發(fā)氨動(dòng)力推進(jìn)的氨運(yùn)輸船。該運(yùn)輸船的尺寸與HHI 91K VLGC設(shè)計(jì)相似，長(zhǎng)227m，寬36.6m，深23.6m。它將裝載四個(gè)棱柱型貨艙，總?cè)萘繛?91,000 立方米。

三星重工(SHI)已獲得挪威船級(jí)社(DNV)的原則認(rèn)可(AIP)證書，用于氨燃料就緒的超大型油輪(VLCC)的基本設(shè)計(jì)。氨就緒是指目前以液化天然氣(LNG)或柴油為動(dòng)力，但船舶的船體結(jié)構(gòu)、油箱規(guī)格等很容易轉(zhuǎn)換為以氨為動(dòng)力的船舶。

日本各家海運(yùn)企業(yè)也出現(xiàn)了引進(jìn)氨燃料船的動(dòng)向。商船三井將比原計(jì)劃提前兩年，從2028年開始引進(jìn)氨燃料船，并在2035年之前投入9000億日元資金，引進(jìn)110艘使用氨氣等新一代燃料的船舶。一位商船三井董事充滿期待地表示，“預(yù)計(jì)2025年開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)，使用該發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶將于2027—2028年問世”。

據(jù)相關(guān)報(bào)道，氨燃料船舶的核心部件發(fā)動(dòng)機(jī)也在推進(jìn)開發(fā)。德國(guó)船用發(fā)動(dòng)機(jī)廠商曼恩能源方案公司(MAN Energy Solutions)計(jì)劃2024年實(shí)現(xiàn)面向大型船舶的氨動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)。

據(jù)國(guó)際能源署(IEA)預(yù)測(cè)，按不同種類來看，2050年的船舶燃料用量當(dāng)中氨氣的占比將達(dá)到46%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2030年的8%。同時(shí)也超過氫氣(16%)。

解決方案待挖潛

航運(yùn)業(yè)將氨作為散裝貨物運(yùn)輸已有100多年的歷史，對(duì)貨物風(fēng)險(xiǎn)管理有著充分的認(rèn)知。氨也是最早在船上使用的制冷劑之一，由于其廣泛的可用性、簡(jiǎn)單的制造工藝和相對(duì)較低的成本，它仍然是漁船制冷設(shè)備的熱門選擇。

但是，航運(yùn)業(yè)沒有使用氨作為燃料的經(jīng)驗(yàn)，考慮到安全方面的挑戰(zhàn)，需要對(duì)燃料處理和推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，整個(gè)供應(yīng)鏈也必須強(qiáng)制執(zhí)行強(qiáng)有力的安全標(biāo)準(zhǔn)。

為了讓各組織能夠在零碳旅程中做出明智的選擇，LR 創(chuàng)建了海洋解決方案就緒水平 (MSRL) 框架。這是一種標(biāo)準(zhǔn)化的篩選評(píng)估，可確保對(duì)不同的燃料和技術(shù)進(jìn)行評(píng)估的一致性，從而能夠做出基于實(shí)證的決策。

LR 和 UMAS 的研究“零碳燃料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估”(2020 年)給出了氨作為航運(yùn)燃料與其他替代燃料(包括氫、甲醇、生物燃料和電池)相比的投資準(zhǔn)備情況的早期跡象。

該研究使用一艘典型的散貨船作為案例，在能源價(jià)格和總運(yùn)營(yíng)成本的一系列情景下進(jìn)行研究。一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，考慮到 2050 年的時(shí)間框架，由天然氣生產(chǎn)的氨結(jié)合碳捕獲和儲(chǔ)存，即“藍(lán)色氨”是成本最低的零碳選擇。

該研究還審視了技術(shù)準(zhǔn)備情況，發(fā)現(xiàn)氨輸送鏈的某些方面，包括加注設(shè)備、儲(chǔ)罐和燃料供應(yīng)系統(tǒng)，正在朝著詳細(xì)的設(shè)計(jì)解決方案發(fā)展。其他領(lǐng)域，如程序文件和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、船上輔助設(shè)備以及鍋爐，仍處于概念階段。推進(jìn)技術(shù)在迅速發(fā)展，主機(jī)制造商也宣布了原型機(jī)和試點(diǎn)項(xiàng)目。

此外，目前全球氨分銷系統(tǒng)已經(jīng)就位，但現(xiàn)有的氨運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)主要連接為工業(yè)市場(chǎng)服務(wù)的生產(chǎn)和儲(chǔ)存地點(diǎn)，其港口設(shè)施并非為船舶燃料加注而準(zhǔn)備，因此目前的港口布局或許需要進(jìn)一步調(diào)整。

(新媒體責(zé)編：qiaoyidan)