船载碳捕集系统液态二氧化碳卸载风险与管理

2024-07-25 10:06来源： 倪训鹏游常辉世界海运

摘要：国际海事组织持续推进船舶温室气体减排战略，对船舶减排的要求越来越高，船载碳捕集系统作为一种新兴的减排技术被部分船东所采纳。介绍船载碳捕集系统在船舶上的应用及液态二氧化碳卸载方式和过程，分析液态二氧化碳卸载存在的问题，并提出相关安全管理建议，供业界参考。

关键词：船载碳捕集系统；液态二氧化碳；卸载

一、引言

2023年国际海事组织 ( International Maritime Organization，IMO ) 海上环境保护委员会 ( Marine Environment Protection Committee，MEPC ) 在第80届会议上通过的《2023年船舶温室气体减排战略》确定：到2030年，碳强度相对于2008年至少降低40%，应用零或近零温室气体排放技术、燃料和 ( 或 ) 能源的比例，至少占国际航运所使用能源的5%，力争达到10%，并且在2050年前后实现温室气体净零排放。为了实现这些目标愿景，IMO的温室气体减排战略重点关注高能效船舶的设计及零或近零排放燃料和技术的应用。

实现船舶温室气体减排，涉及用低碳替代燃料取代化石燃料或者降低现有燃料的碳强度，两种方式都面临诸多挑战。在可行替代燃料开发方面已经取得了一些进展，如绿色或蓝色甲醇、氨、氢能等。但这些燃料实际应用到航运业需要时间并且可能需要支付高昂的费用。船载碳捕集技术既不减少燃料的消耗，也不需要替代燃料的变革，而是在船舶使用传统化石燃料的基础上实现船舶碳排放的合规，是未来减少二氧化碳 ( CO2 ) 排放、保障能源安全、构建生态文明和实现可持续发展的重要手段。根据试验测试，船舶配备碳捕集系统后可减少75%～80%的碳排放。

将捕集储存的液态二氧化碳 ( Liquid Carbon Dioxide，LCO2 ) 在港口直接过驳给二氧化碳运输船，或在专业港口进行卸载，提供给处理工厂用于碱、醇等化工品的原料或地质、生物利用或者制成干冰在指定海域投入海底封存，即完成碳捕集的闭环。尽管陆上碳捕集技术的开发已经有些时日，但针对船舶的船载碳捕集技术直到最近才引起关注。我国作为船舶建造和船用设备供应大国，在船载碳捕集技术开发方面走在了世界前列。2023年中国船舶集团有限公司第七一一研究所为长荣海运股份有限公司旗下14 000 TEU集装箱船“长顶”轮加装了船载碳捕集系统 ( Onboard Carbon Capture System，OCCS )；2023年12月5日，在2023年中国 ( 上海 ) 国际海事展览会上，山东海洋集团宣布在其所属82 000 t散货船上示范OCCS项目；2024年1月9日散货船“ALKIMOS”轮在南通完成OCCS改造并交付。

2024年4月29日，“长顶”轮在洋山港开展了OCCS的LCO2卸载试验，分别试验了槽罐车卸载和ISO罐式集装箱卸载两种方案，共卸载LCO211.2 m3。在卸载试验过程中发现，由于LCO2卸载具有特殊性、专业性和复杂性，且属于新生事物，目前操作存在一定的问题。

二、OCCS LCO2卸载方式和过程

( 一 ) CO2在船舶上的存储条件

CO2三相点约为517 kPa、-56 ℃，临界点约为7 380 kPa、31.3 ℃。由于在三相点附近储存LCO2具有杂质敏感性和 ( 或 ) 微小温度或压力变化敏感性，由此会造成由液态到固态CO2的相变，进而导致压力积聚和管道堵塞情况发生，因此应避免其在三相点条件以下储存。为了便于储存和卸载CO2，船上捕集的CO2典型储存方式为半冷式C型罐和ISO罐式集装箱，其储存条件见表1[1]。

表1 CO2在船舶上的典型储存条件

( 二 ) LCO2卸载方式

典型的OCCS LCO2卸载方式有三种，分别为船到液体散货码头卸载、船对船卸载、ISO罐式集装箱到集装箱码头卸载。不同的卸载方式的优缺点见表2。

表2 典型OCCS LCO2卸载方式优缺点

( 三 ) LCO2卸载过程

船舶管理公司收集可卸载LCO2的港口，在制订船舶航次计划时要充分考虑LCO2卸载需求。船舶在到达LCO2卸载港口前，要提前与代理和接收单位联系确认LCO2卸载计划，制定卸载作业方案，并委托代理或接收单位向海事主管机关办理相关手续。船舶到达港口后与接收单位、码头 ( 靠泊卸载 ) 等单位召开卸载前的多方交底会议。而后船舶连接相关卸载设备和管路，进行安全检查后开始卸载。卸载结束后船舶进行管路吹扫、拆除管路、计量工作，完成卸载。

三、OCCS LCO2卸载存在的问题

( 一 ) 在船捕集的CO2定性问题

在船捕集的CO2被定性为废弃物、污染物还是货物会显著影响到其管理方式。关于在船捕集的CO2定性问题，目前国内外还没有权威的认定。远洋船舶还涉及不同国家水域航行的问题，会牵涉在船捕集的CO2转移。目前急需IMO来确定在船捕集的CO2性质，以减少分歧。

( 二 ) 关于在船捕集的CO2卸载政策法规缺失

在船捕集的CO2卸载内容未纳入《国际防止船舶造成污染公约》附则VI。《2024年船用燃料全生命周期温室气体强度导则》在计算船用燃料/能源载体船端排放 ( TtW ) 时考虑了船载碳捕集和封存，但还需要制定如何对所捕集的CO2进行核算的具体指南。《防止倾倒废物和其他物质污染海洋公约》及其议定书虽然提供了国与国之间CO2运输和相关碳信用的监管框架，但目前尚没有覆盖将国际水域上捕集的CO2运往某一国家的情形。国内相关法律法规也均未明确提及在船捕集的CO2卸载问题。

( 三 ) CO2具有多重安全风险

CO2具有隔氧导致的窒息危险及在高暴露水平下的潜在毒性。人类暴露在CO2浓度为3%的空气中1 h，可能会出现头痛等毒理症状，暴露在CO2浓度为17%的空气中1 min，可能会出现更明显的毒理症状，甚至是死亡。LCO2还具有沸腾液体膨胀蒸汽爆炸 ( BLEVE )、低温造成冻伤和结构损坏的危险，影响设备完整性和运输效率的杂质影响，含水溶液挑战，以及接近三相点时导致固化及干冰形成的风险。因此，急需明确LCO2卸载技术和程序，减少卸载过程中的风险。

( 四 ) 港口缺乏接收设施和卸载经验

目前，国际上配备LCO2卸载设施的港口屈指可数，而且配备此类设施的港口是针对纯度更高的食品级CO2设计的。其标准过高，限制了这些设施在接收船上捕集CO2方面的应用。港口为了应对在船捕集的LCO2卸载，可能会影响其作业效率和日常操作。同时，为了确保卸载安全，港口需设置额外的警戒区，这也会加剧港口和码头现有空间的紧张状况。此外，由于卸载案例和经验比较少，港口提供在船捕集的CO2卸载服务积极性不高。

( 五 ) CO2卸载对操作人员的要求较高

由于LCO2的理化特性及受港口通航环境的影响，对卸载操作人员的专业性有较高要求。但是目前LCO2卸载操作人员的应知应会和专业培训还没有系统化、规范化，操作人员的培训有待进一步加强。

四、安全管理建议

为全面贯彻落实国家“双碳”战略，引导OCCS捕集的CO2卸载等新业态、新技术的发展和试验，推动国产低碳环保装备和解决方案在船舶上的应用，促进航运业绿色低碳发展，建议从以下六个方面推进OCCS LCO2卸载安全管理。

( 一 ) 联合开展OCCS相关提案研究和撰写工作

科研院所、设备厂商、航运公司联合相关主管机关共同研究撰写OCCS设备、使用、碳减排核算、在船捕集的CO2定性、卸载及后续处置等方面的提案，推动中国标准成为IMO的通用标准，推动国产低碳环保装备和解决方案在船舶上的应用。

( 二 ) 对在船捕集的CO2进行定性

IMO还未对在船捕集的CO2进行定性。鉴于目前试验要求，综合考虑现行法律法规、CO2自身性质及可操作性等，比照船舶在运行过程中产生的垃圾、生活污水、残油油污水等污染物，建议暂时将在船捕集的CO2定性为船舶运行过程中产生的废弃物，以便推进相关卸载试验。待其定性确定后，再结合我国的法律法规和相关政策进行应用。

( 三 ) 完善国内OCCS LCO2卸载监管政策法规

在国内进行卸载将涉及CO2转移问题，建议在国家层面研究出台相应的政策，从而在符合国家降碳减排政策方针的基础上开展此项工作。同时，交通运输、海关、环保等行业主管部门应制定具体政策，共同推进LCO2卸载监管。

( 四 ) 开展OCCS LCO2卸载安全风险研究

在开展卸载作业前进行卸载安全风险研究，识别卸载作业过程中的潜在风险，评估风险的严重程度，制定风险防控措施和方案。

( 五 ) 提前布局OCCS LCO2接收设施

建议在全国重点港口提前布局OCCS LCO2接收站点，完善LCO2接收基础设施建设，鼓励有条件的港口积极配合国产OCCS LCO2卸载试验，总结卸载实践经验，为后续可能出现的碳捕集系统在船舶上的大规模应用做好准备。

( 六 ) 加强LCO2卸载操作人员技能培训

研究制定操作人员应知应会大纲，健全培训机制，认真落实培训要求，确保卸载作业人员和船员熟悉LCO2安全知识、操作规程及应急处置措施。

参考文献：

[1] LR ARUP.Concept study to offload onboard captured CO2[R].Singapore:Global Center for Maritime Decarbonisation,2024:55-56.

作者简介：

倪训鹏，洋山港海事局，一级主办。