甲醇是当今航运业脱碳的关键解决方案

甲醇是当今航运业脱碳的关键解决方案

信德海事网 高珑嫣

在客户需求和监管的双重压力下，航运业正在朝着低碳化方向发展。领先的船东已经在正确的方向上取得了重大进展。目前来看，出于对对减排潜力、燃料密度、使用性和成本的考虑，解决方案是多种多样的。可在这个每年价值1050亿美元的航运市场中，多种多样的方案能否均实现技术和商业上的可行？船东的选择十分重要，不容马虎。

近期，Longspur Research公司对此发布了一份研究报告，其中表明氢燃料和甲醇在解决方案中的脱颖而出，并强调甲醇是当今航运业脱碳的关键解决方案。

目前航运脱碳有许多可行的途径，其中包括：采用电池或者风帆以及燃料方面的替代。

从全电动船舶说起，不可否认的是其具有多种优势，安静、环保，没有任何排放或漏油的风险，而且维护成本低。然而，在船上使用电池十分困难，有很多挑战： 

 蓄电池组大小的范围有限，重量会迅速增加，超过船舶的最大载重量；

 通过使用发电机可以提高续航能力，但是，速度受到电池充电能力的限制，而且发电机可能会成为排放源；

 海上环境复杂，船上带有电子元件的电池系统容易被腐蚀，电池需要在恶劣的环境中仍然是安全和可靠的；

 锂离子电池特别容易受到热失控的影响，过充、过放、过温、短路、挤压和穿透都可能导致灾难性的故障，比如：电池袋破裂、电解液泄漏和难以扑灭的火灾；

 由于处于“电网的末端”，充电受到影响。就目前的电池技术而言，所有的电动船主要用于港口和沿海运输的较短距离，因此在全球海运市场上所占比例很小。

电池只适用于短距离，适合渡轮小船等，船舶上配备风帆更多的是辅助而不是推进，所以关键的长距离航线的解决方案落在了替代燃料上。主要竞争者是氢燃料、氨燃料、甲醇和生物甲烷。其主要特点以及对比，如下所示：

氢燃料方面，目前的生产技术包括两种“蓝色”氢燃料以及“绿色”氢燃料。蓝色氢燃料通过对LNG的甲烷进行蒸汽重整生产，其价格昂贵，并且无法完全消除排放。绿色氢燃料主要通过电解水来生产，过程中不会产生任何二氧化碳，但由于氢燃料在内燃机中燃烧在空气中会产生氮氧化物，之后可能可以在发动机上安装后处理装置来去除，但目前这仍是一项未经证实的技术。将氢燃料用于长距离运输的最大挑战是，储存十分困难，需要重型低温罐，将其作为液体储存在船上，占用宝贵空间。

氨燃料方面，本身既可以燃烧，也可以在燃料电池中使用，还可以使用绿色氢生产，缓解了氢燃料本身储存的一些问题，但使用氨燃料产生的N2O排放（氧化亚氮）和氨气的问题是不可小觑的。

图片来源：Proman Stena Bulk

回到甲醇燃料，报告从甲醇的优点，如可替代性、可用性、能量密度，以及最重要的是，能够大幅减少排放，使其立即成为海运脱碳的焦点。

据称，航运业排放的二氧化碳和空气中的污染物，如氧化硫（SOx）、氧化亚氮（NOx）和颗粒物，产生了超过10亿吨的排放，而若采用甲醇，由于其清洁燃烧的特性，能够将这些排放减少60%以上。氮氧化物减少80%，硫氧化物减少99%，微粒物质（PM）减少95%，二氧化碳减少约20%，这仅是由天然气生产的“灰色”甲醇。随着技术升级，目前可以将“灰色”甲醇逐步演变成“蓝色”甲醇和“绿色”甲醇，如下所示：

生物甲醇是以可持续生物质为原料生产的，如林业和农业废弃物、垃圾填埋场的沼气、污水、城市固体废弃物（MSW）和纸浆和造纸业的黑液。绿色电制甲醇是通过电解来自可再生能源的绿色氢气与来自碳捕获的二氧化碳相结合而生产的。

目前，甲醇已经在120多个港口使用，并且已经有20多艘船在使用，使其成为全球第四大航运燃料。甲醇能够利用现有的基础设施进行储存和运输，在正常的空气温度和压力下保持液体状态。在船对船或岸对岸的基础上，已经可以进行燃料运输。此外，甲醇被认为是最安全的替代燃料，在航运和其他一些应用中都有很长的历史。除了容易处理和运输之外，甲醇是一种透明和可生物降解的液体，当泄漏在水中时，会迅速稀释到无毒的水平，不会对环境造成影响或损害海洋生态系统。2020年11月，IMO批准了甲醇作为安全船舶燃料的准则，证实了甲醇的安全性。

各大公司的甲醇布局

首先，行业巨头马士基的8+4艘16,000 TEU的甲醇动力集装箱船。据悉，新订购的四艘箱船将在2025年交付，此前在2021年8月24日订购的八艘船已经交付。

接着，罗-罗也透露了制定高速甲醇发动机标准的计划。具体而言，该公司的动力系统部门目前正在研究用于甲醇的MTU发动机。基于MTU技术的新型高速四冲程发动机，计划尽快用于商船和游艇。

同样，瑞士能源公司Proman早在去年10月就与瑞典航运公司Stena合作，开发了一个解决方案，使船舶可以使用甲醇作为船用燃料。据悉，新的解决方案将用于为Stena的船舶和第三方船舶提供动力，将有助于减少二氧化碳排放。

此外，德国发动机制造商MAN公司对甲醇技术进行了大量投资。去年11月，该公司透露其计划致力于升级四冲程发动机，使其能够使用绿色的未来燃料，包括甲醇和氨燃料。并表示在2022年，将为甲醇动力而设计的发动机。从2024年起，将提供在四冲程发动机中使用甲醇的解决方案。

去年年底，甲醇作为实现荷兰航运零排放的能源步骤，MENENS海事财团获得了2400万欧元（约2700万美元）的资助，以开展研究，加速在航运业内使用甲醇作为低碳燃料。在荷兰企业局的赞助下，该研究项目旨在开发具有高度灵活性的清洁能源技术，并在航运业内得到广泛的应用，包括从游艇建造到海上工作船和大功率挖泥船。