绿色氨适合航运脱碳吗？

绿色氨适合航运脱碳吗？

信德海事网 高珑嫣

液化天然气、甲醇和氢等燃料正被考虑用来实现航运业的脱碳。但一些专家认为，由于绿氨的独特构成，它同样具有潜力，更有说法称“如果你想在不排放二氧化碳的情况下燃烧某些东西，氨就是答案。”

绿色氨，或称e-ammonia，是通过将空气中的氮气与绿色氢气相结合而产生的。绿色氢气是利用可再生电力驱动的电解器将水分成氢气和氧气而产生的。与电制甲醇和液化天然气不同，氨不含碳原子，因此如果使用可再生电力生产氨，就不会导致碳排放。

马士基零碳航运中心的能源和燃料主管Torben Nørgaard在采访时表示，“除了原油和原油产品之外，氨是世界上生产最多的化学品之一。因此，与氢相比，氨的全球供应链和基础设施已经到位。”

由于氢在低温下的储存十分昂贵，同时能量密度较氨而言低得多，目前氢燃料没有被广泛考虑作为长途运输的燃料。氨被认为是一种氢的载体。但目前市场上还没有一种以氨为动力的船用发动机。

氨动力发动机的设计

总部位于德国奥格斯堡的船舶推进和发动机设计公司Man Energy Solutions正在开发一种用于船舶的双燃料氨发动机。其表示，“利用氨燃料运行大型发动机是没有先例的，燃料本身和过程也都是未知数。”

该公司今年夏天将在其位于丹麦哥本哈根的二冲程发动机开发总部进行首次全面的二冲程双燃料氨气发动机测试。测试完成后，Man Energy将设计引擎迭代。预计在2024年底前向船厂交付第一台氨燃料发动机。

Man Energy Solutions 双燃料发动机业务发展部经理的 Peter Kirkeby表示，“其他致力于设计新造氨动力船舶的人正在关注我们，因为如果没有发动机，为氨设计船舶的其他部分就没有很大的意义。”

考虑到航运业必须迅速改变和降低排放，仅仅关注新船的建造并不足以达到一些组织和公司设定的目标。Man Energy正在使用一种模块化设计，不会大幅改变推进系统的布局，这可以使现有船舶更容易改造为使用氨燃料运行，并有可能加速航运业采用绿色氨的进程。

Kirkeby说：“通过不对这些船舶的推进布局进行任何根本性的改变，它实际上允许航运业采用新的燃料，而不必以简单的方式在短时间内重新考虑整个船舶设计。”

排放影响

船用燃料会排放出空气污染物和温室气体的混合物。与船用燃气油（MGO）和其他燃料相比，氨排放的颗粒物要少得多。根据2020年国际能源会议的文件，它的二氧化硫、一氧化碳、重金属和碳氢化合物等，这些损害人类健康的排放量也为零。

燃烧氨气时，有一种空气污染物没有被消除，那就是氮氧化物（NOx）。而其实氮氧化物的温室气体排放在运输方面很普遍，但船舶可以使用选择性催化还原设备来减少这些排放。

因为氨不含碳分子，理论上它可以在没有任何碳排放的情况下生产和燃烧。

Nørgaard说：“如果你想在不排放二氧化碳的情况下燃烧一些东西，氨就是答案。只要我们能够管理潜在的氮氧化物排放，氨燃料作为一种燃料和能源载体，在脱碳方面是非常有效的。”

“与使用MGO的发动机相比，Man Energy的第一台氨动力双燃料发动机从油箱到螺旋桨的温室气体排放将减少约95%。至少在短期内仍会有5%的排放，这是由于使用小的引燃火焰来点燃氨。公司目前的目标是用常规柴油作为引燃燃料。”Kirkeby表示，“计划中的氨与柴油的比例以及由此产生的排放明显优于任何其他已经完成或计划完成的工作。”

在氨动力双燃料发动机中使用一种可靠的、众所周知的、廉价的、可广泛获得的燃料，如柴油作为备用燃料，是“使船舶推进成为冗余的最便宜的方式。”

图片来源：Man Energy Solutions

储存要求

氨通常以液体形式储存在加压罐、冷冻罐或混合罐中。根据环境保护基金（EDF）的一篇关于绿色氨的论文，当储存在冷藏罐中时，它需要被冷却到零下28华氏度，而氢需要在零下423华氏度的低温下储存。因此，与氢气相比，氨气在液化和储存方面需要的资金和能源要少得多。

存储空间方面，氢气需要比MGO多7.6倍的存储空间，而氨需要4.1倍的存储空间。甲醇和液化天然气需要的存储空间是MGO的2.3倍，甚至低于氨和氢气。由于许多可持续的替代性船用燃料的能量密度比MGO低，牺牲货物空间来储存更多的燃料是一种常见的权衡。为了通过采用低排放燃料来适应日益增长的排放法规，托运人可能不得不在将更多空间用于储存燃料和缩短航运路线之间做出选择。

图片来源：EDF

安全考虑

氨最大的安全技术之一是使用双层管道。Kirkeby说，它们在管道的内层和外层之间留有空间，用于通风空气系统，可以很容易地发现泄漏。双层管道和其他安全程序可能是防止之前所说的“氨逃逸”的关键，即氨气在生产、运输或储存过程中逃入大气。

EDF的文件指出：“与氨有关的安全风险是众所周知的，也是可控的。与其他燃料相比，它的可燃性较低，因此它的火灾风险较低，低温燃烧的风险也低于液态氢或液化天然气。”

Man Energy团队在其氨燃料发动机项目中使用的另一个安全机制是“双重封锁和放气”。它将各系统分开，并有能力用氮气来清洗以前有氨的区域。Kirkeby说，当氨从某些区域被清除时，Man Energy的概念捕获了这些氨，并防止其进入大气，只排放氮气。对于发动机和其他设备来说，这很重要，因为工作人员将需要能够安全地排除故障和进行维护。

碳中和咨询公司总裁Steve Crolius说，“氨气作为一种化学物质，具有强烈的危险性。根本不能掉以轻心。氨可以造成眼睛损伤，严重的皮肤灼伤和急性呼吸道症状。它对动物和植物也很危险。从加压罐中泄漏出来的氨气可以迅速形成一大片有毒的氨气云，并杀死“几乎所有靠近的生命形式。”由于密度小于空气，它最终会上升到更远的大气层，并扩散开来。冷藏的氨气如果溢出到海洋中，也会对海洋生物产生类似的影响。”

但据Crolius说，与储存在加压罐中的氨相比，它在发生泄漏时的释放速度会更慢，而且更容易被控制。这将使应急人员有更大的机会限制危害。他预测，船上几乎所有的氨都将放在冷藏或混合罐中。

马士基方面Nørgaard表示，“在生产和处理氨方面有一些安全标准和程序，但在一艘有船员和最小疏散空间的船上用它操作和燃烧是完全不同的。安全设计和操作是需要证明的。”

生产成本及实施

Nørgaard说，使用可再生电力生产氨的成本大约是目前MGO的三到四倍。像大多数可持续的解决方案一样，提高规模经济有助于降低成本。据估计，绿色氨的成本几乎是灰色氨生产成本的两倍。灰氨的生产使用天然气而不是可再生电力。

EDF的一项财务分析估计，从现在到2050年，要使大约40%的国际航运脱碳，需要高达6万亿美元的绿色合成氨和可再生能源工厂。在可用于使海运业脱碳的燃料中，绿氨是短期内技术上最可行的燃料之一。

一些模型显示，绿色氨的采用在2030年代中期开始回升，但它对可再生电力的成本非常敏感。

规模化和时间表

使用绿色氨使整个海运业脱碳，每年需要大约5亿吨氨水，这比目前世界上每年生产的1.8亿吨氨水多2.5倍。因此，像氨这样的单一燃料将“不太可能使整个行业脱碳”。

像许多电制燃料和绿色燃料一样，绿色氨的规模化依赖于规模经济以及可再生电力的成本和可用性。实施碳税也将有助于缩小化石燃料和更可持续的燃料之间的差距。像宜家这样的托运人和零排放船舶货主协会的成员正在对绿色燃料表示出越来越大的兴趣。他们明白自己在要求供应商提供绿色燃料方面的作用是多么重要。

他们是否对氨有任何认识并不重要，他们需要施加压力给到承运人，承运人将找到满足其客户要求的方法。

扩大绿色氨生产的一个积极影响是，为世界各地的发展中国家提供了一个机会，以吸引对可持续工业增长的投资，可以创造就业机会，刺激经济增长并支持供应链。选择的国家包括一些发展中国家，其在可再生能源发电方面有巨大的潜力。如：中东、澳大利亚和智利等地区。

EDF的文件中提及，对作为船用燃料的绿色氨的需求可以提供一个可靠的长期收入流--由长期供应协议支持，以证明在发展中国家投资大规模可再生工厂是合理的。采用绿色氨需要在2020年代开始，以便在2050年前将与航运有关的绝对排放量比2008年的水平至少减少50%，以便满足IMO设定的减排目标。