曲保智 楊溢 田宇

摘要：綠色供應(yīng)鏈和船舶減排技術(shù)越來(lái)越受到全球海運(yùn)業(yè)的重視。本文著重探討了最具潛力的氫能源的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 總結(jié)了發(fā)動(dòng)機(jī)和航線運(yùn)營(yíng)使用的減排技術(shù)并且提供了日本和全球最大航運(yùn)公司馬士基集團(tuán)的減排經(jīng)驗(yàn)和計(jì)劃。長(zhǎng)期來(lái)看，航運(yùn)燃料的最佳選擇是氫，但其應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外均處于研究階段。短期來(lái)看，甲醇可能是實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的最佳替代性燃料，近年來(lái)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)減排技術(shù)有了諸多的完善和提高，且其只要求對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造而非完全替換。

關(guān)鍵詞：碳中和;清潔能源;減排技術(shù)

中圖分類號(hào)：U677 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）03-0018-05

在2018年，國(guó)際海事組織（IMO）通過(guò)了全球溫室氣體減排的戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略希望將2030和2050年的全球海運(yùn)二氧化碳排放量分別降低到2008年的60%和30%。為了達(dá)成上述目標(biāo)， IMO 主要對(duì)于以下兩個(gè)方面進(jìn)行了審議和制訂：1.對(duì)于新造船，提高船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）以降低船舶碳排放強(qiáng)度;2.對(duì)于現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)船舶，需要提升運(yùn)營(yíng)能和技術(shù)能效提升兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)碳減排。并且在未來(lái) IMO 可能會(huì)推出針對(duì)現(xiàn)有船舶的強(qiáng)制性措施。因此各國(guó)海運(yùn)企業(yè)正在為此投入大量的人力、物力和財(cái)力，以期能及時(shí)實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)來(lái)規(guī)避未來(lái)可能被實(shí)行的碳稅制度。在可以預(yù)見的未來(lái)，海運(yùn)與環(huán)保的關(guān)系會(huì)更為緊密，全球海運(yùn)企業(yè)一定會(huì)加大對(duì)于綠色供應(yīng)鏈和船舶減排技術(shù)研發(fā)的投資。

1氫燃料電池在船舶上應(yīng)用的前景

氫氣是一種零碳排放的清潔替代燃料。因其產(chǎn)物只有水，是最理想的船用新能源之一。并且它具有來(lái)源廣泛和燃燒熱值高的特點(diǎn)。

1.1船用儲(chǔ)氫技術(shù)

目前，國(guó)際上對(duì)于利用氫能的研究正處于快速發(fā)展期。但是氫能的儲(chǔ)存技術(shù)，尤其是高密度儲(chǔ)氫技術(shù)還不成熟。當(dāng)前的氫氣存儲(chǔ)研發(fā)方向主要包括超高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液化儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫和液體有機(jī)化合物儲(chǔ)氫。整體來(lái)看，技術(shù)正從低儲(chǔ)氫密度向高儲(chǔ)氫密度發(fā)展。現(xiàn)階段我國(guó)35MPa 高壓儲(chǔ)氫瓶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已十分成熟并且已經(jīng)應(yīng)用于陸上氫燃料電池汽車。因此對(duì)于船舶的氫能應(yīng)用，首先采用35MPa 高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫方式是一種可行的方案。對(duì)于70MPa 級(jí)高壓氣瓶的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我國(guó)即將邁入商業(yè)應(yīng)用階段。國(guó)外則已成功商用。但高壓儲(chǔ)氫技術(shù)的缺點(diǎn)是儲(chǔ)氫密度較低，因此船舶會(huì)面臨燃料續(xù)航力不足的問(wèn)題。未來(lái)船舶儲(chǔ)氫將向能量密度更高的液化儲(chǔ)氫方向發(fā)展，因此金屬氫化物儲(chǔ)氫、液體有機(jī)化合物儲(chǔ)氫等其他高密度儲(chǔ)氫技術(shù)均是潛在的船用儲(chǔ)氫方式，也是未來(lái)船舶行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用氫能急需打破的技術(shù)瓶頸。

1.2船用加氫技術(shù)

目前車用加氫設(shè)備主要使用快速加氫槍，其技術(shù)已經(jīng)非常成熟，加注時(shí)間一般不超過(guò)10分鐘。對(duì)于船舶加氫來(lái)說(shuō)，其加注量非常大并且持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)高于車輛，因此陸用加氫槍并不能滿足船舶加氫的需求。船舶加氫更加需要可靠的加注連接方式和船岸之間需要緊急切斷的聯(lián)動(dòng)功能。此外，汽車加氫時(shí)，由于氫氣使用安全標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，駕駛員需要關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)并下車才能開始加注氫氣。然而船舶在碼頭進(jìn)行燃料加注時(shí)一般不允許船舶斷電，因此如何保障船舶氫燃料加注操作的安全性，也是目前急需解決的問(wèn)題。

1.3船用燃料電池

目前，燃料電池主要分為以質(zhì)子交換膜（PEM）為代表的低溫燃料電池，以及以熔融碳酸鹽和固體氧化物為代表的高溫燃料電池。盡管 PEM 燃料電池技術(shù)已十分成熟，行業(yè)正在向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化方向發(fā)展，但是高溫燃料電池具有高功率、高效率、氫氣純度要求低等優(yōu)勢(shì)，因此其更適合在船舶上應(yīng)用，是未來(lái)大型船舶應(yīng)用的發(fā)展方向。總體來(lái)看，氫燃料電池車用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與工程經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)基本完善，其在船舶的應(yīng)用可以借鑒部分經(jīng)驗(yàn)，然而由于船舶營(yíng)運(yùn)條件與車用環(huán)境條件有很大不同并且氫燃料電池不能使用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)推進(jìn)理念，因此許多技術(shù)障礙還需要攻破。此外與車用燃料電池不同的是，車載電池本身通風(fēng)環(huán)境較好，而船用燃料電池需要布置在密閉環(huán)境中，因而需要更好的防爆設(shè)計(jì)。企業(yè)不得不去改變傳統(tǒng)車用設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)而遵循固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。

國(guó)際上一些國(guó)家的船用燃料電池技術(shù)研發(fā)開展得較早，早在2003年就開展了船用氫燃料電池系統(tǒng)研究測(cè)試項(xiàng)目。許多老牌技術(shù)企業(yè)在整個(gè)船舶價(jià)值鏈中都占有優(yōu)勢(shì)，尤其是在船舶大功率燃料電池系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用方面保持世界領(lǐng)先。

國(guó)內(nèi)的燃料電池船舶研究起步較晚，在動(dòng)力系統(tǒng)認(rèn)證和整船方面直至近期才迎來(lái)實(shí)質(zhì)性的突破。2021年1月，武漢眾宇動(dòng)力系列燃料電池系統(tǒng)獲得由中國(guó)船級(jí)社頒發(fā)的中國(guó)首張船用燃料電池產(chǎn)品型式認(rèn)可證書。隨后在2月初，由大連海事大學(xué)建造的“蠡湖”號(hào)燃料電池游艇順利通過(guò)試航，該船長(zhǎng)度為13.9m，由大連化物所開發(fā)的70kW 氫燃料電池電堆和86kWh 的鋰電池組成混合動(dòng)力，設(shè)計(jì)船速18km/h，續(xù)航180km，可載乘員10人。

1.4我國(guó)水上氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速

當(dāng)前，打造綠色供應(yīng)鏈并完成減碳目標(biāo)已成為我國(guó)推動(dòng)水運(yùn)行業(yè)綠色健康發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。比如中?guó)船舶集團(tuán)設(shè)立的“綠色珠江”氫燃料電池示范船舶重大科技專項(xiàng)已于2019年底獲得中國(guó)船級(jí)社（CCS）頒發(fā)的我國(guó)首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計(jì)方案的原理認(rèn)可證書。該船將采用氫燃料電池作為船舶主動(dòng)力并輔以鋰電池組進(jìn)行調(diào)峰補(bǔ)償。并且該船舶還載有35MPa 高壓氫氣瓶組儲(chǔ)存氫氣燃料，續(xù)航力約為140公里。

2020年6月， CCS 公布了“船舶氫燃料儲(chǔ)存及應(yīng)用技術(shù)”的研究結(jié)果，這次新指南增加了對(duì)高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫技術(shù)在船舶上的應(yīng)用的研究，同時(shí)也對(duì)氫燃料加注技術(shù)、船用氫氣管路連接方式、燃料電池處所安全防護(hù)技術(shù)開展了深入分析，解決了船舶運(yùn)營(yíng)條件與車用環(huán)境條件的差異性問(wèn)題，解決了氫能在船舶應(yīng)用上的安全性問(wèn)題。此外， CCS 還研究?jī)煞N高密度儲(chǔ)氫技術(shù)（液體有機(jī)化合物儲(chǔ)氫和金屬氫化物儲(chǔ)氫）在船舶上的應(yīng)用，在指南中提出了船舶儲(chǔ)存、布置、脫氫、材料等方面的技術(shù)要求建議，為后續(xù)開展高密度儲(chǔ)氫技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。

此外 CCS 還受交通運(yùn)輸部海事局的委托開展了氫燃料船舶應(yīng)用技術(shù)的專項(xiàng)研究工作。研究課題聚焦在業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)，主要涵蓋了7大方面的研究?jī)?nèi)容，包括船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)專項(xiàng)研究驗(yàn)證，船用儲(chǔ)氫和加氫系統(tǒng)專項(xiàng)研究驗(yàn)證，船用氫氣管路連接方式專項(xiàng)研究驗(yàn)證，船用燃料電池及其處所安全防護(hù)專項(xiàng)研究驗(yàn)證，船舶氫燃料加注方式、安全操作規(guī)程和監(jiān)管方式研究，氫燃料電池動(dòng)力船舶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析和氫燃料電池動(dòng)力船舶設(shè)計(jì)方案風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。這些研究成果毫無(wú)疑問(wèn)地將在未來(lái)進(jìn)一步推廣船舶氫燃料在我國(guó)的應(yīng)用。

2發(fā)動(dòng)機(jī)減排技術(shù)

隨著 IMO 通過(guò)了減排戰(zhàn)略，近年來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)減排技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)的重要目標(biāo)。

2.1降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放的技術(shù)

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用共軌壓力大于200MPa 的高壓共軌燃油噴射可以使柴油霧化成更細(xì)小的顆粒，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程變得快速且充分，進(jìn)而減少顆粒物和碳煙的排放。

（2）使用更先進(jìn)得增壓器及增壓系統(tǒng)，比如使用大增壓器效率大于70%，增壓壓力>0.5MPa 的增壓器可以提高可燃?xì)怏w的密度進(jìn)而使得更多燃料可以充分燃燒，提高功率比，降低廢氣排放。

2.2超低排放船舶柴油機(jī)研究進(jìn)展

目前歐洲43家單位正在合作研發(fā)船舶超低排放燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，項(xiàng)目旨在研發(fā)出可以大幅降低船用發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量，進(jìn)而減少尾氣和固體顆粒排放，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率并保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可用性的技術(shù)。如果該項(xiàng)目進(jìn)展順利，那么研究成果應(yīng)該可以大幅度降低船用發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗進(jìn)而減少二氧化碳排放并增加發(fā)動(dòng)機(jī)生命周期和減少維護(hù)成本。該項(xiàng)目結(jié)合了多種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的研發(fā)。比如嘗試使用各種極限參數(shù)來(lái)檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)表現(xiàn)，引入了先進(jìn)燃燒概念，使用多級(jí)智能渦輪增壓技術(shù)以及復(fù)合式熱發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。同時(shí)嘗試減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放和使用先進(jìn)的尾氣處理技術(shù)并安裝更先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控傳感器以及研發(fā)自適應(yīng)控制智能發(fā)動(dòng)機(jī)等技術(shù)。

2.3替代性燃料要求發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造

雖然替代性燃料可能需要專門的船用發(fā)動(dòng)機(jī)和存儲(chǔ)技術(shù)，但這些燃料變型中有許多會(huì)與船上技術(shù)兼容，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下僅需要對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造而不需要完全替換現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)。挪威船級(jí)社2020年對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)系統(tǒng)在整個(gè)船隊(duì)的分布進(jìn)行了建模，結(jié)果顯示雙燃料（甲醇和氨氣）發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)（雙燃料甲醇內(nèi)燃機(jī)和雙燃料氨氣內(nèi)燃機(jī)）是最有前景的解決方案，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉，許多船舶將改裝成甲醇或氨氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)，主要因素是甲醇和氨氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)具有燃料價(jià)格低和發(fā)動(dòng)機(jī)改造成本較低的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)這些燃料在船上的存儲(chǔ)成本要低于其他燃料（如氫氣）。不過(guò)氨氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)目前還不夠成熟，還有重大的技術(shù)和安全挑戰(zhàn)需要去面對(duì)和解決。

3船舶運(yùn)營(yíng)的節(jié)能減排技術(shù)

除去上述替代性燃料和船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，對(duì)船舶的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行優(yōu)化也可以取得明顯的減排效果，在一些情況下，節(jié)能效果甚至可以高達(dá)50%。

3.1設(shè)計(jì)與使用高效螺旋槳

使用現(xiàn)代高效螺旋槳不僅可以降低油消并且不需要增加脈動(dòng)壓力水平，甚至可以不改變螺旋槳主尺度。因此設(shè)計(jì)使用高效螺旋槳可以成為實(shí)現(xiàn)碳減排的一個(gè)重要抓手。

在葉數(shù)以及直徑的情況下，可采用以下方法來(lái)升發(fā)動(dòng)機(jī)效率：增加轉(zhuǎn)速;減小槳葉面積或改變?nèi)~片形狀;通過(guò)修改徑向螺距分布來(lái)優(yōu)化載荷分布;采用唇形后傾葉梢概念。盡管改變螺旋槳設(shè)計(jì)可以增加發(fā)動(dòng)效率并降低油耗，不過(guò)應(yīng)該值得注意的是柴油機(jī)的負(fù)荷限制范圍，如果超出限制范圍則會(huì)得不償失。

3.2航速優(yōu)化、航線優(yōu)化及縱傾優(yōu)化

對(duì)船舶的航速進(jìn)行優(yōu)化是指將航速作為變量，通過(guò)已經(jīng)獲得的風(fēng)浪和洋流等參數(shù)去建立數(shù)學(xué)模型，然后計(jì)算得出這些參數(shù)對(duì)油耗的影響系數(shù)，最后通過(guò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化得到最佳節(jié)能航速曲線。目前已有根據(jù)上述理論而研發(fā)出的最佳航速控制系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用測(cè)試顯示節(jié)能效果最多可達(dá)3%。

船舶的航線優(yōu)化是指通過(guò)選擇航線克服風(fēng)浪和洋流阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種節(jié)能措施是比較常用的節(jié)能措施之一并且市場(chǎng)上已有公司提供航線優(yōu)化系統(tǒng)。Force Technology 公司研發(fā)的 SeaPlanner 已經(jīng)應(yīng)用多年并且其節(jié)能效果可達(dá)2%。航運(yùn)公司可以根據(jù)此軟件提供的建議來(lái)合理安排節(jié)能策略。

此外航運(yùn)公司還可以考慮對(duì)風(fēng)浪和洋流等參數(shù)進(jìn)行仿真和建模，然后將其對(duì)縱傾的實(shí)時(shí)影響納入模型，這樣就可以實(shí)現(xiàn)船舶的動(dòng)態(tài)控制。在這個(gè)過(guò)程中，縱傾可以理解為航速、船舶吃水、水動(dòng)力、載重、螺旋槳推力、舵角甚至風(fēng)流態(tài)勢(shì)的函數(shù)，然后通過(guò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化就可以開發(fā)出更為直觀的可視化平臺(tái)，進(jìn)而構(gòu)建出易于操作的縱傾動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)。

3.3航程性能監(jiān)控分析

上述介紹了多種可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的手段，但是船舶運(yùn)輸是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因此如果能從整體能效出發(fā)來(lái)對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)整合才能達(dá)到最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)控制、減少油耗并最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

近年來(lái)國(guó)際上的節(jié)能技術(shù)開始對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行綜合優(yōu)化和監(jiān)測(cè)。因此有一些綜合節(jié)能系統(tǒng)開始在市場(chǎng)上出現(xiàn)。這些航行性能監(jiān)控分析系統(tǒng)整合了船舶的五大性能因數(shù)：功率、船型、螺旋槳、燃油消耗率和燃油消耗量。他們通過(guò)傳感器來(lái)采集船舶本身的各種性能數(shù)據(jù)以及風(fēng)浪和洋流數(shù)據(jù)，然后使用數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，在操作過(guò)程中船員可以看到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的航速和主機(jī)功率等參數(shù)。目前Eniram 公司開發(fā)的清污分析平臺(tái)，其可以根據(jù)長(zhǎng)年的船體污損數(shù)據(jù)，來(lái)交叉對(duì)比分析在不同海域船舶運(yùn)行的性能數(shù)據(jù)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以建立不同航線和航段、相似船舶的船體污損數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)可以被用來(lái)分析污染趨勢(shì)、船舶的敏感性、船舶在不同海域的油耗、船體污損的發(fā)展趨勢(shì)以及提醒是否需要船體清污維護(hù)。此外它還可以對(duì)船舶的短期和長(zhǎng)期性能進(jìn)行分析，最終制定船體清污時(shí)間表和船舶節(jié)能方案。Eniram 公司的產(chǎn)品已經(jīng)在實(shí)船上得到應(yīng)用，多次的實(shí)船檢驗(yàn)證明該項(xiàng)節(jié)能可達(dá)5%。

4日本經(jīng)驗(yàn)借鑒：航運(yùn)減排計(jì)劃

2020年5月，日本土地、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸和旅游部（MLIT，以下簡(jiǎn)稱“日本運(yùn)輸部”）與研究機(jī)構(gòu)和公共機(jī)構(gòu)合作，制定了零排放國(guó)際航運(yùn)路線圖，匯總了零排放船舶實(shí)用化的進(jìn)度表，根據(jù)進(jìn)度表，面向完全不排放二氧化碳的氫、氨燃料實(shí)用化，到2024年，開發(fā)出專用的發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪和燃料箱;2026年，在連接國(guó)內(nèi)港口的內(nèi)航船舶上進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)。日本國(guó)土交通省和海事界希望推進(jìn)對(duì)于使用氫、氨等新燃料船舶的開發(fā)，力爭(zhēng)到2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)航運(yùn)。

這份日本的零排放國(guó)際航運(yùn)路線圖，重點(diǎn)向業(yè)界展示了由 MLIT、日本船舶技術(shù)研究協(xié)會(huì)和日本財(cái)團(tuán)共同起草的四個(gè)新型“零排放生態(tài)船舶”設(shè)計(jì)概念——?dú)淙剂洗–-ZERO Japan H2）、氨燃料船（C-ZERO JapanNH3）、船上二氧化碳捕獲船（C-ZERO Japan Capture）和超高效液化天然氣燃料船（C-ZERO Japan LNG&Wind）。據(jù)介紹，上述四個(gè)新型“零排放生態(tài)船舶”或?qū)?shí)現(xiàn)減少90%以上的溫室氣體排放量（與2008年排放量相比），而且為建造零排放的2萬(wàn) TEU 型集裝箱船或8萬(wàn)載重噸級(jí)散貨船提供了技術(shù)可行性。為滿足 IMO 的嚴(yán)格環(huán)保法規(guī)，幾乎所有的航運(yùn)企業(yè)都在嘗試低碳環(huán)保的替代燃料。

4.1氫燃料船（C-ZERO Japan H2）

氫燃料船項(xiàng)目計(jì)劃開發(fā)設(shè)計(jì)兩種不同船型和尺寸的液化氫燃料船舶，包括2萬(wàn) TEU 型集裝箱船和8萬(wàn)載重噸級(jí)散貨船。這些設(shè)計(jì)基于以下假設(shè)：一是液化氫用于船用燃料時(shí)，可在包括歐洲、中東、澳大利亞、日本和南美洲的五座主要港口加注;二是2萬(wàn) TEU 型集裝箱船和8萬(wàn)載重噸級(jí)散貨船的單程巡航航程，分別為

11500海里和7000海里;三是主機(jī)采用雙燃料往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，須重點(diǎn)解決氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料供應(yīng)系統(tǒng)、燃料箱升級(jí)、熱保護(hù)系統(tǒng)和防止氫氣泄漏等技術(shù)問(wèn)題。

4.2氨燃料船（C-ZERO Japan NH3）

氨燃料船項(xiàng)目以澳大利亞航線上的8萬(wàn)載重噸級(jí)散貨船為模板進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，主機(jī)采用通過(guò)甲醇、液化石油氣或其他液體燃料作為引燃燃料的雙燃料往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。鑒于氨燃料的阻燃性，發(fā)動(dòng)機(jī)將配備一個(gè)引燃燃油噴射閥來(lái)控制點(diǎn)火。與同類型常規(guī)船舶相比，氨燃料船預(yù)計(jì)可減少91.9%的二氧化碳排放量。但在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，同樣存在一些技術(shù)問(wèn)題須解決：一是氨的毒性和其他特性風(fēng)險(xiǎn)，需控制氨氣泄漏;二是在緊急情況發(fā)生時(shí)向大氣中排放的措施;三是氮氧化物和一氧化二氮的排放等。

4.3船上二氧化碳捕獲船（C-ZERO Japan Capture）

船上二氧化碳捕獲船項(xiàng)目的目標(biāo)，是設(shè)計(jì)研發(fā)一種配備船上二氧化碳捕獲系統(tǒng)的2萬(wàn) TEU 型集裝箱船。該型船舶將使用可以甲醇為燃料的雙燃料往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)作為主機(jī)，配備吸收二氧化碳的液體胺和二氧化碳存儲(chǔ)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)可捕獲85.7%的二氧化碳排放量，并有可能隨著技術(shù)發(fā)展，捕獲90%以上的二氧化碳排放量。待船上二氧化碳捕獲船設(shè)計(jì)完成并進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)后，將被投放至遠(yuǎn)東-西北歐航線。

4.4超高效液化天然氣燃料船（C-ZERO Japan LNG &Wind）

超高效液化天然氣燃料船項(xiàng)目是結(jié)合液化天然氣燃料（LNG）和其他技術(shù)而開發(fā)的概念，設(shè)計(jì)模型同樣包括2萬(wàn) TEU 型集裝箱船和8萬(wàn)載重噸級(jí)散貨船，預(yù)計(jì)將使船舶能效較2008年提高80%以上。超高效液化天然氣燃料船計(jì)劃裝備混合對(duì)旋螺旋槳，同時(shí)改進(jìn)船型、優(yōu)化速度、船體大型化，采用電力推進(jìn)、LNG 燃料和其他創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)應(yīng)用（如風(fēng)力推進(jìn)系統(tǒng)和空氣潤(rùn)滑系統(tǒng)）。根據(jù)船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）計(jì)算的話，超高效液化天然氣燃料船將比常規(guī)同型船舶的平均效率提高86%。相對(duì)而言，在超高效液化天然氣燃料船設(shè)計(jì)中存在的技術(shù)挑戰(zhàn)被認(rèn)為相對(duì)較少，因?yàn)槠涫腔诂F(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)而出現(xiàn)的船舶。但是，仍有必要修訂 IMO 的有關(guān)規(guī)則和準(zhǔn)則，以便為這類船舶的實(shí)際應(yīng)用提供一個(gè)良好的環(huán)境。

2019年，日本朝日油船、商船三井、三菱商事、船舶經(jīng)紀(jì)公司、東京電力公司、出光興產(chǎn)和東京海上日動(dòng)火災(zāi)保險(xiǎn)公司共同組建了“E5聯(lián)盟”，旨在通過(guò)各種有效的舉措建立遠(yuǎn)洋航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，幫助日本企業(yè)開發(fā)、實(shí)現(xiàn)零排放船舶的目標(biāo)并使其盡快投入商用。2020年12月 ， 日本商船三井在名古屋港運(yùn)營(yíng)的一艘拖船首次使用生物燃料完成試運(yùn)行。這艘拖船所采用的生物柴油燃料由 Euglena 位于橫濱的生物噴氣柴油生產(chǎn)示范工廠提供，以綠蟲藻和廢氣食用油為原料，可在不改變內(nèi)燃機(jī)的情況下用于船舶柴油機(jī)。這種燃料不含硫，燃燒過(guò)程中的溫室氣體排放也低于化石燃料。2022年3月份，由“E5聯(lián)盟”成員研發(fā)制造的全球首艘零排放電力驅(qū)動(dòng)油船（由大量鋰離子電池供電）將進(jìn)入市場(chǎng)，而這也為日本的零排放國(guó)際航運(yùn)路線圖提供了可見的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。不久前，包括日本 JEF 鋼鐵、日揮株式會(huì)社和商船三井在內(nèi)的九家公司在“日本碳捕獲與再利用研究小組”內(nèi)又成立了一個(gè)工作組，探索將甲烷化用于零排放船舶燃料的可行性，研究潛在的甲烷化燃料回收供應(yīng)鏈，以用于助力航運(yùn)業(yè)減排。

5企業(yè)實(shí)踐：馬士基集團(tuán)的減排計(jì)劃

為了應(yīng)對(duì)全球減碳的需求，全球最大的航運(yùn)公司馬士基集團(tuán)宣布將于2023年啟用以甲醇為燃料的支線集裝箱船舶。并且力圖使馬士基未來(lái)所有新建船舶都使用清潔燃料并且向他們的客戶給出多個(gè)碳中和產(chǎn)品的選擇，激勵(lì)燃料供應(yīng)商擴(kuò)大新型清潔燃料的生產(chǎn)。同時(shí)馬士基還希望在未來(lái)的三年內(nèi)解決氨氣和酒精燃料的安全性問(wèn)題，并在三年內(nèi)訂購(gòu)使用這些替代燃料的船舶。對(duì)馬士基來(lái)說(shuō)，脫碳的主要?jiǎng)恿?lái)自客戶要求供應(yīng)商的供應(yīng)鏈更環(huán)保、發(fā)展更可持續(xù)。在馬士基200個(gè)大客戶中，約有一半對(duì)供應(yīng)鏈已經(jīng)設(shè)定或正在設(shè)定零碳目標(biāo)。

馬士基甲醇支線集裝箱船舶設(shè)計(jì)運(yùn)力約為2000TEU，將部署在區(qū)域航線網(wǎng)絡(luò)中。馬士基計(jì)劃使用甲醇或生物甲醇來(lái)為該船舶提供動(dòng)力。目前，全球大約有十幾艘化學(xué)品運(yùn)輸船使用甲醇燃料，但使用的是由煤或天然氣制成的傳統(tǒng)甲醇。馬士基的新集裝箱船將是第一艘專門使用綠色甲醇的商船，所面臨的最大挑戰(zhàn)是找到足夠的綠色甲醇來(lái)按計(jì)劃投運(yùn)零碳貨輪，因?yàn)樯a(chǎn)綠色甲醇的成本極高，目前其總產(chǎn)量仍然微不足道（據(jù)國(guó)際可再生能源署的數(shù)據(jù)，目前每年約22萬(wàn)噸），即使全部用于運(yùn)輸，也不到該行業(yè)年燃料消耗量的1%。相比之下，傳統(tǒng)的甲醇應(yīng)用廣泛，使用化石燃料制造成本相對(duì)較低。在中國(guó)制造商的推動(dòng)下，全球產(chǎn)量在過(guò)去十年幾乎翻了一番，達(dá)到每年1億多公噸。假如要使綠色甲醇供應(yīng)達(dá)到規(guī)模，監(jiān)管者將需要為二氧化碳排放確定較高的價(jià)格，或采取類似措施激勵(lì)（或迫使）企業(yè)購(gòu)買更清潔的燃料?？稍偕娏?xiàng)目必須繼續(xù)成倍增長(zhǎng)，而碳捕獲技術(shù)將需要大幅擴(kuò)大規(guī)模以降低自身成本。而且，盡管甲醇與石油燃料相似，但它的化學(xué)性質(zhì)不同，航運(yùn)業(yè)需要在世界各地的港口為甲醇建造特定的燃料基礎(chǔ)設(shè)施。

航運(yùn)業(yè)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和需要多個(gè)行業(yè)的合作、創(chuàng)新、測(cè)試和運(yùn)營(yíng)協(xié)同。馬士基正在推進(jìn)多種碳中和燃料的應(yīng)用探索，在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，多種燃料解決方案將并存。馬士基宣布，未來(lái)幾年的絕大部分投資都將用于開發(fā)“碳中和燃料”，包括甲醇、生物甲烷和氨。甲醇作為油基燃料的替代品，只需對(duì)船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)較小的改動(dòng)，也很容易儲(chǔ)存在船上，不像電池或氫罐占用太多的貨艙空間，被認(rèn)為是短期內(nèi)貨船燃料的最佳選擇。長(zhǎng)期來(lái)看，航運(yùn)燃料的最佳可能是氨和氫，但這兩種零碳燃料仍然處于商業(yè)應(yīng)用開發(fā)的早期階段。

6結(jié)論

我國(guó)相關(guān)船運(yùn)公司需要高度關(guān)注國(guó)家碳達(dá)峰碳中和3060戰(zhàn)略部署以及 IMO 等國(guó)際組織的有關(guān)政策動(dòng)向，深入研究制定應(yīng)對(duì)策略。應(yīng)盡快摸清船隊(duì)情況底數(shù)，為后續(xù)選擇運(yùn)營(yíng)能效指標(biāo)、重點(diǎn)船型以及船隊(duì)建設(shè)和更替等，提前做好策劃與安排。在現(xiàn)有船舶技術(shù)能效方面，建議對(duì)船隊(duì)不同船型對(duì) EEDI 的滿足情況進(jìn)行識(shí)別，對(duì)主力船型和較難滿足 EEDI 要求的船型進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。對(duì)于船隊(duì)中可通過(guò)降低功率來(lái)滿足 EEDI 要求的船舶，可及早考慮在降低功率后，對(duì)其航線及經(jīng)營(yíng)的影響;對(duì)降功率仍不能實(shí)現(xiàn) EEDI 要求的船舶，應(yīng)提前考慮論證相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)手段提早對(duì)船期及進(jìn)塢時(shí)間進(jìn)行安排。

對(duì)于新造船，在船隊(duì)更新和中長(zhǎng)期規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮 IMO 相關(guān)戰(zhàn)略及政策對(duì)使用傳統(tǒng)燃料提出的挑戰(zhàn)以及低碳（無(wú)碳）燃料技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)。建議相關(guān)設(shè)計(jì)單位和產(chǎn)品廠商積極開展新船型儲(chǔ)備，針對(duì)國(guó)際上加快并提前實(shí)施 EEDI 要求的趨勢(shì)，提前進(jìn)行船隊(duì)更新的戰(zhàn)略部署，優(yōu)先考慮能夠滿足 EEDI 削減40%-50%的高能效新船型/或考慮能夠直接滿足無(wú)碳排放的新能源船型儲(chǔ)備。

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