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船用燃料脱碳,势在必行!

日前,国家发展改革委等16部门发布《开展2021年全国节能宣传周和全国低碳日活动的通知》。经国务院批准,今年全国节能宣传周定为8月23日至8月29日,全国低碳日定为8月25日。全国节能宣传周活动的主题是“节能降碳,绿色发展”,全国低碳日活动的主题是“低碳生活,绿建未来”。

水运业是交通运输的重要组成部分,也是交通运输实现绿色低碳转型的重要切入点,在全球货物运输中约90%是通过海运完成的,因此,要实现碳达峰、碳中和,水运业任重道远。

今日起,本报推出系列报道,分别聚焦水运业在加快能源转型、提高能源使用效率、优化运输结构等方面的积极作为,推广具有鲜明水运特色的低碳新技术、新装备、新模式。

船舶清洁燃料应用占比

低于百分之五

“截至2020年年初,全球海运船舶规模达9.8万余艘,由此每年产生约8亿2千万吨二氧化碳。目前,航运业的碳排放约占全球碳排放的2.3%,预计2050年将占3.5%,从2008年到2050年,航运业预计只能减少33%左右的碳排放,相比其他行业下降较少,这其中一个重要原因就是电气化难以应用到远洋航运。”挪威船级社(DNV)中国技术中心合同前技术支持经理李凌表示。

水运业是交通运输行业碳排放的重要领域之一,推动水运领域做好碳达峰、碳中和相关工作,是加速行业绿色低碳转型、推动交通运输高质量发展的重要抓手。

2020年年底,国际海事组织(IMO)通过了船舶短期减排措施提案,从技术能效指数要求和营运碳强度评级机制两方面对航运企业的减排提出了要求,这一初步战略将于2023年正式转为最终战略,意味着未来几年,航运业面临的主要挑战就是寻找一条脱碳之路。

“在全球应对气候变化的背景下,航运业的温室气体排放问题引起全球关注。针对2018年IMO通过的温室气体减排初步战略目标,短期内(2018-2023年),可通过执行新船能效设计指数(EEDI)后续阶段降低船舶碳强度来实现,同步开发替代燃料应用技术;中期来看(2023-2030年),可通过使用低碳替代燃料、强化技术能效措施、营运能效措施的应用予以实现;长期来看,(2030-2050年),可通过应用零碳/非化石替代燃料予以实现。”中国船级社(CCS)武汉规范所相关专家介绍。

当前船舶能源仍以石油基燃料为主,清洁替代燃料的应用占比不超过5%。其中,2018年船用重油(HFO)、船用柴油(MDO)、LNG和甲醇的消耗量按热值折算,应用占比分别为79.17%、16.19%、4.59%、0.05%;氢、氨等零碳替代燃料由于技术成熟度等原因,尚未迈入成熟商用阶段。

在李凌看来,要达到IMO的减排目标,更多应用LNG等生物燃料是船公司减排的一项重要举措。李凌预计,2030年,化石燃料仍然占据主导地位,但全球46%的船舶(约20600艘)将应用生物燃料混合来满足碳减排要求。

船企布局新能源

加入脱碳大潮

事实上,不少船公司已经开始行动。2018年,中国船舶集团广船国际为瑞典船东建造交付了世界首艘双燃料豪华客滚船。该船全速航行时,LNG模式相比柴油模式每小时可减少二氧化碳排放3.25吨、氮氧化物约190公斤、颗粒物排放7.8公斤。2019年,广船国际承接4艘5万吨级甲醇运输及甲醇双燃料化学品/成品油轮,首次在大型船舶上应用水合物燃料方案。同时,广船国际还联合美国船级社开展了氨双燃料的油船研发,积极开拓新能源燃料。

2020年9月,全球首艘以LNG为动力的23000标箱超大型集装箱船“雅克·萨德”轮正式投入运营,这是达飞集团选择将LNG作为未来主要船用燃料的开始。

全球最大集装箱航运公司马士基计划在2023年推出第一艘使用生物甲烷或可再生天然气作为燃料的船舶;2020年8月,日本邮船公司、日本海运联合公司以及日本海运协会宣布一项联合研发协议,计划实现氨燃料油轮的商业化,建立稳定而经济的氨气供应链;今年4月,德国蒂森克虏伯公司与主要氨气生产商CF工业公司签署工程和供应合同,生产绿色氨气,将海洋部门确定为目标消费者。

淡水河谷也一直在为采用船用燃油替代物作准备。淡水河谷数十艘已投入运营的第二代超大型矿砂船在设计中均预留了在未来安装LNG系统的空间,其“生态航运计划”正在开发可以储存和消耗LNG、甲醇与氨的多燃料罐。此外,地中海航运、赫伯罗特、HMM、海洋网联船务等诸多船公司在订造超大型集装箱船时,也都将LNG燃料作为第一选择。

除了被很多船公司作为第一选择的LNG,氢也在海运业脱碳进程中发挥关键作用。要成为具有竞争力的替代船用燃料,氢在规模生产和运输基础设施方面,面临着可用性和高成本的挑战。

“从能源产生排放的角度来看,氢在从加注到燃烧这个周期中的排放影响十分小。”李凌指出,随着氢的试点项目积累越来越多的经验,航运业有望采用氢气作为一种环保燃料。

近日,由DNV牵头、26家业内领先公司与协会组成的联盟推出《氢燃料船舶手册》,以解决围绕船用燃料氢的不确定性,为航运中氢能的安全操作提供知识库。

“作为一种零碳燃料,氢对于实现IMO的温室气体减排目标至关重要,然而与其他新燃料一样,其安全性和大范围实施仍面临着重大挑战。”DNV海事首席执行官柯努特表示,航运业氢运营面临的主要挑战包括现有的监管框架,当前对氢的安全装卸、储存和加注方面存在的知识空白,以及氢能本身的独特属性带来的挑战。

现阶段LNG燃料

最具竞争力

“应用清洁替代燃料是实现海运业低碳发展的根本措施。其在船上应用的竞争力需综合考虑燃料易得性、经济性、技术成熟度、减排贡献度等多个方面。”CCS武汉规范所相关专家介绍。

从燃料易得性角度考虑,天然气产量充足,船舶LNG燃料加注基础设施正在快速发展,LNG作为船舶燃料具有良好产业基础。甲醇、氢、氨作为常规化工产品,全球产量充足,作为燃料具备一定的可供性,但在船舶上应用缺少相应的加注基础设施。

从经济性角度考虑,LNG动力船投资成本较常规燃油动力船舶高约10%—30%,但LNG燃料较燃油价格具有明显优势。甲醇燃料动力船舶建造成本高于常规燃油动力船舶,甲醇燃料价格略高于船用燃油。氢燃料在船上的应用将在设计、建造等方面带来较大变革,相关储存、供应及动力装置成本高昂,且氢燃料的等热值价格约船用燃油的数十倍。氨燃料动力船建造成本高于燃油动力船舶,而液氨价格约为船用燃油的2倍。

从技术成熟度考虑,LNG燃料动力系统的储存、供给等各环节技术产品已较为成熟,在众多燃料中有明显优势。甲醇燃料动力系统也相对成熟,国际上已有低速二冲程和中速四冲程甲醇—柴油双燃料发动机,适合沿海和内河船舶的中低功率船用甲醇发动机及其燃料供应系统尚有待发展。氢燃料方面,高压气态储氢技术和燃料电池技术已较为成熟,但较低的储氢能量密度和功率等级使其应用场景主要局限于内河和沿海水域。氨燃料发动机和氨燃料电池正在研发中,技术成熟度尚需进一步发展。

从减排效果方面考虑,氢、氨燃料不产生二氧化碳,但需要考虑能源来源的绿色性。LNG相对于燃油可减排约25%的二氧化碳,但根据发动机甲烷逃逸量的差异,温室气体减排总体贡献度被削弱至10%—23%。甲醇燃料可实现碳减排约6%—10%。若从全生命周期考虑,各类燃料均需要从当前的化石能源制取发展至全产业链绿色制取途经以提高其减排潜力。

“具有发展前景和应用需求的清洁能源主要包括LNG、甲醇、氢、氨。其中,现阶段LNG燃料最具竞争力。”CCS武汉规范所相关专家表示。

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据悉,该笔订单是商船三井实现“在2030年之前投入90艘LNG动力船”目标的一部分,计划于2024年开始交付。

除了LNG燃料,商船三井也在尝试推动生物燃料的应用,同时继续研究使用氨和其他新型环保燃料,从而达到2050年实现二氧化碳“净零排放”的目标。

为实现2050年二氧化碳“净零排放”的目标,商船三井将在应对全球气候变化的技术领域投资2050亿日元(约合人民币120亿元),其中910亿日元将用于减少船舶排放。(王施)

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