众所周知，排放要求日趋严苛，深刻地影响着各行各业。航运业也不例外，对于航运来说如何应对可持续性的发展，降低排放以满足法规的要求，航运燃料首当其冲，如何为船队选择合适的燃料以及相应的润滑产品，我们今天就针对这个话题来简单聊一聊，希望起到抛砖引玉的作用。
图1：控制排放措施的发展趋势
2018年4月，国际海事组织IMO通过了初步温室气体战略，包括符合《巴黎协定》温度目标的减排途径。到2030年将国际航运的碳强度相比2008年降低至少40%，到2050年至少降低70%，同时努力在本世纪尽快逐步达到零排放的目标。到 2050年，年度温室气体GHG排放总量比 2008年减少至少 50%。
而替代燃料应成为降低排放的主要贡献者，以实现这些目标。– 国际海事组织2020年第四次温室气体研究
图2：影响航运温室气体排放的因素
迄今为止实施的有助于减少航运温室气体排放的法规影响以下方面：
新造船和航行船舶现在受技术措施和运营措施条例的管辖。
关于使用的燃料，DCS（Data Collection System）和EU MRV（Monitoring, Reporting and Verification）等现行法规侧重于收集有关燃料消耗的信息，但没有强制执行减少排放的具体行动。
EU MRV:
由欧洲理事会（EC）和议会通过，并于2015年7月1日生效。
适用于超过 5000GT 的船舶，无论其船旗如何，在欧盟地区航行后实行。
船舶监测和报告其二氧化碳排放、燃料消耗、运输工作和平均能耗效率。
每次航行和每年进行监测。
图3：影响航运温室气体排放的措施
现行条例主要针对技术措施和业务措施，供船东考虑。与2008年相比，为了使该行业走上到2050年将碳强度降低70%，并将温室气体排放总量降低50%的道路，需要制定额外的政策，为该行业使用替代低碳燃料和其他新颖的解决方案（如碳捕获和储存）提供更明确的指导。
能效设计指数 (EEDI)
400GT及以上的新船必须实行，2011年7月在MEPC62上通过了该法案，分阶段提高了碳强度降低目标。对于不同的船型和尺寸，要求每吨英里的最低能效水平：
第 1 阶段：碳强度降低多达10%
第 2 阶段：碳强度降低高达20%
第 3 阶段：碳强度降低高达30%
大型集装箱船的碳强度降低高达50%
基于使用中的燃料、船舶尺寸和功率的复杂计算，示例如下图4所示。
图4：EEDI计算公式
EEDI的当前计算包括四个主要部分：
1. 主机排放
2. 辅机排放
3. 轴带发电机排放
4. 效率技术
注意： EEDI是根据参考条件计算的
计算包括基于参考条件下使用的燃料类型得出CO2排放量的换算系数。该计算没有考虑生命周期温室气体排放量，因此旨在根据仅考虑油箱到螺旋桨排放的参考条件，侧重于能源效率的提高。
例如，如果传统发动机改用生命周期排放较低的生物燃料，它们无法自动满足EEDI/ EEXI要求。他们仍然需要根据参考条件来展示效率的改进。
现有船舶能效指数（EEXI）
2021年6月在MEPC76上通过。预计将于2023年1月1日生效1。由于计算结果与EEDI大致相似，因此目前也同样不考虑生命周期温室气体排放量。
计算指南参考了能效设计指数（EEDI），并基于获取的有限设计数据进行了一些调整，一些细节尚未最后确定，推迟到以后的会议上再讨论。
可能采取的措施示例：
发动机功率限制
发动机降额
推进优化
节能装置
碳强度指标（CII）评级
2021年6月在MEPC76上通过，预计将于2023年1月1日生效。根据报告的海事组织数据收集系统（DCS）中的数据计算年度CII。船舶的评级从A到E，连续3年评级为D级或1年为E级的船舶应制定纠正计划，以纳入船舶能效管理计划Ship Energy Efficiency Management Plan（SEEMP）。
可能采取的措施示例：
•船舶降速
•优化运营和物流
•使用替代燃料
图5：CII评级
根据CII的计算，IMO DCS中收集的当前信息不足以涵盖生命周期温室气体排放数据，因此没有足够的数据来确定生命周期温室气体排放量。
生命周期评估（Life Cycle Assessment - LCA）–燃料
图6：LCA燃料
考虑到现行法规使用基于燃料中碳含量的转换系数，这意味着它仅考虑产品使用产生的排放量，并假设“碳”转化为CO2（或称为tank-to-wake排放）。在考虑氢气（H2），氨（NH3）或甲醇（CH3OH）等燃料时，这可能是一个误导性的情况。目前，其中大部分是通过涉及化石燃料的途径生产的，这些途径导致从油井到油箱（well-to-tank）即生产的排放，这些排放在计算中没有得到评估。需要采取进一步的政策措施来更好地反映这一现实，并且可能需要采取基于市场的措施（market-basedmeasures ，MBM）来实现生命周期的减排。比如电动车，我只考虑了使用电车对排放的贡献，没有考虑到发电，甚至发电所需燃料的生产过程中所造成的排放。
成功的船用燃料的特点
我们相信，技术具有最大的潜力，可以帮助社会应对双重挑战，即为不断增长的人口提供可靠和负担得起的能源，同时减少对环境的影响（包括气候变化的风险）。任何技术或能源类型都不能被忽视。相反，世界必须利用各种能源和技术进步，以充分反映成本、收益以及向所有人提供负担得起的能源的必要性的政策为指导。
以下是船用燃料从生产到布局的一些特点：
图7：船用燃料不同阶段的要求
首先我们有一些非常重要的驱动因素，大多数人从一开始就在考虑：
它需要实现可持续发展目标。目前它体现了国际海事组织（IMO）对温室气体减排的雄心壮志。
它必须是经济的。船舶是代表大量资本支出投资的昂贵资产。同时，如果燃料不经济，OPEX会迅速增加。例如，对于船舶，如果燃料的能量密度需要频繁加油，它将会提高您的OPEX。
技术必须充分发展。技术不仅在船舶本身上，而且在生产，供应和分配燃料所需的技术上。
其次我们增加了一些注意事项，这些注意事项将在后台代表非常重要的驱动程序：
法规支持。我们需要考虑行业监管是如何形成的，以及采取了哪些基于市场的措施，这些措施可能会推动不同方向的燃料决策。
燃料必须具有规模化。当你想到世界各地有多少个港口，以及为世界各地的船只提供动力所需的燃料量时，必须有生产该行业所需燃料数量的可行性。然后，这被紧密链接到下一层。
再者这些都是燃料供应和分配的关键要素：
许多港口必须有基础设施，不仅要生产燃料并将燃料转移到需要的地方，还要配送到船上。
考虑到您的船舶访问的港口数量，燃料的可获得性需要发展，以具有足够广泛的可获得性以支持各种交易模式。
最后，持续可靠的供应，以免船只搁浅。
未来船舶燃料可能类型的分析
如下图8中的欧洲航运市场分析可以看出，为了达到2050年的排放要求，大部分是需要替代燃料，尤其是集中在E氨动力上，另外由科技创新和优化船舶操作（岸电以及优化航线速度等）来促成。
图8：摘自“运输与环境“出版日期：2022年2月
下图9是对未来各类船舶燃料占比的预测，到2050年传统燃油从95%降至40%，LNG作为过渡燃料会在未来10年增长到10%，但后续没有继续增长的驱动力。增幅最大的就是氨/氢动力，虽然短期内不会有大量的船舶使用这种动力，但在10年后会迅速增加至2050年的35%左右。对于甲醇动力，在未来10年有缓慢增长，但最终只是占了不到10%的比例。纯生物燃料的比例有缓慢增长，但最终比例不会太高，大部分情况会和传统燃油混合使用（被计入传统燃油类）。
当然这只是基于目前的情况以及对未来市场以及技术发展做出的预测，未来市场千变万化，一切皆有可能。
图9：船舶燃料类型的趋势
下面我们聊聊各类燃料的特点，如下图10所示。
图10：各类型燃料的特性
各类型燃料的情况汇总如下：
生物燃料：船用燃料油规范已经对船用轻油 DFA,DFB等级中生物油占比（脂肪酸甲酯FAME）做了相应的规定。但第二代生物燃料（HVO加氢处理的植物油）可以任意比例混兑使用。在欧洲的第二版的可替代能源指导书里，已经将第一代的生物油制品排除在外。美孚生产的BMF.5TM是传统燃油和生物燃油的混兑产品, 大约55% 的传统燃油和大约45%的高级别生物油，实船测试中发现在比高硫燃油在氮氧化物的排放上有明显的下降，并且BMF.5在减少温室气体排放上有34% 下降空间。
LNG：在多数的主要港口可以供应，燃料安全操作指导需要落实到位。燃料规范细则可以参考(ISO23306)。主要发动机生产厂家为各种应用条件下提供了使用液化天然气的发动机。很多船东已经订购了使用LNG的发动机或准备使用LNG的发动机。LNG预计可降低温室排放10%。有些船东只是把使用LNG作为一种中期策略，因为其减排效应有限。作为长期战略，IMO的蓝图是不止利用LNG来进行温室气体的减排，沼气和天然气电气化也是进一步减少温室气体的潜在途径。另外使用LNG 的船舶可以被改装成使用氨气的船舶。
甲醇：常温常压下的液态燃料，相当容易处理和储存。有毒并且低闪点，需要双层管壁、充氮，需要使用碳氢化合物探测器。十六烷值和热值低，双燃料发动机需要柴油作为引燃油，因此需要比柴油柜大2 - 3倍的油柜。目前缺乏专用的甲醇加注设施/驳船。
氨动力：由于不含碳，因此在燃烧阶段没有碳排放，所以此种燃料备受关注。氮氧化物排放量与柴油发动机相当。已有大概170艘运载氨作为货物的船舶利用氨作为动力。在-33°C 或环境温度 ~8bar 压力下以液体形式储存，有毒和腐蚀性，需要双壁管、氮气保护。低十六烷值和低热值，双燃料发动机需要柴油作为引燃油，因此需要比柴油柜大2 - 3倍的油柜。另外燃烧速度慢。正在开发的氨发动机，第一台发动机预计2022-23 年投入使用，预计2025年氨动力船会商业化。目前没有燃料标准或安全规范，也没有专门的氨气加注设施/驳船。
氢动力：氢气有多种来源，包括天然气或可再生能源，然后在内燃机中作为燃料或在氢电池中氧化产生电力。-253°C时液体的低体积密度，相同的能源基础上，需要比柴油大 5 倍的空间——减少货物空间。液化氢的蒸发速度比液化天然气快，长期储存目前不切实际。MAN 和Wartsila 正在研发氢燃料发动机，第一批氢气运输船将在2023– 2024投入使用。目前应用于短距离航行，船型受限，操作模式单一，主要用于船舶辅助发电装置，另外基础设施需要发展。
以下特性在发动机设计以及解决气缸润滑时需要考量的一些因素：
氢气的高自燃温度使发动机的定时高效燃烧复杂化
甲醇的特性可用于内燃机，这种技术今天已经存在
氨只能在双燃料模式下运行，配有先导燃料系统，因为自燃温度高，可燃性范围窄
当您考虑诸如高自燃温度和层流火焰速度等特性时，您可以看到发动机中的燃烧循环可能与我们今天的燃烧循环截然不同，这显着影响了润滑剂的配方需求。
表1：不同燃料对气缸油各项参数的要求
资料来源：埃克森美孚自己根据有关燃料特性的公开信息对润滑油的潜在影响进行了分析。箭头的大小和方向是定性的，而不是定量的。
表1显示了我们对润滑油技术的预测，这是应对新发动机使用替代燃料所需的。这是基于我们调配气缸油以继续在新发动机上的使用经验，以及有关这些替代燃料燃烧特性的公开信息。
对于液化天然气，我们今天已经有了双燃料发动机在极端温度条件下的运行经验，传统技术无法应对，我们需要显着提高气缸油的氧化稳定性来应对这些状况。
对于生物燃料和甲醇来说，我们预计与VLSFO配合使用的润滑油技术也适用于这些燃料。
对于氨和氢气，极端的自燃温度和层流火焰速度等将推动发动机运行环境更加恶劣，从而进一步增加对氧化稳定性和抗磨损性能的需求。
电子燃料eFuel本质上是氨、甲醇或甲烷的合成版本。因此润滑技术取决于所讨论的基础燃料的类型。
当涉及电动船舶时，推进器不再使用内燃机，因此传统的内燃机润滑油不再适用。
对于任何探索使用这些替代燃料的情况，都需要考虑对气缸油的影响，包括确保发动机可靠运行所需的润滑油开发工作。
