通向2050的三种路径

日前，总部位于肖勒姆(Shoreham)的全球知名跨国工程、战略和环境咨询公司里卡多(Ricardo)在一份技术报告中模拟了三种可行的航运业碳减排路径选择。路径一是在减排初期就使用氢和氨作为船用燃料；路径二是采用液化天然气(LNG)等燃料替代传统化石能源，再逐步过渡到绿色燃料；路径三是在最大限度地采用能效管理技术的同时，配合碳捕获(CCS)技术，并逐步增加绿色燃料的使用。

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能源转型势在必行

从历史经验上看，全球海运贸易与全球GDP密切相关——至少自1990年以来是如此——全球海运贸易增长大致与全球GDP持平，在过去20-25年中翻了一番有余。可以认为，由消费、生产、贸易加剧或多种因素组合引发的更活跃经济通常意味着运输需求的增加。经济合作与发展组织(OECD)曾在2019年预测，到2050年，以吨海里为单位的全球货运需求将是2015年的三倍，这意味着海运贸易将超过12万亿吨英里，为当前的两倍。与此同时，待运输货物性质也将发生变化。全球各行业脱碳进程正在加速，这将导致大宗化石能源(石油、煤炭等)需求大幅减少，而包括原材料和制成品在内的其它货物运输需求增加。越来越多的迹象表明消费者和制造业试图转向更循环的经济——减少原始资源使用，将废物重新用作其它行业产品源——这可能会导致海运业结构性变化，促进对新航线和新型船舶的潜在需求。

众所周知，在过去20年中，消费需求的快速增长导致了船队结构发生重大变化。这一点在集装箱运输市场尤为明显，新船尺寸不断增加，规模经济依托增加的平均舱位利用率和降低的燃料成本而体现。船队规模也在不断扩大，以载重吨计算的话，全球船队运力在2006-2021年间的增长超过115%，而商船总数量在克拉克森(Clarksons)数据库中显示的数字则超过了10万。

面临全球气候变化严峻挑战的同时，全球海上货运需求及船队运力规模的增长无疑都加快了航运能源转型的步伐。航运业更大程度的脱碳取决于替代能源的应用、节能技术的发展和运营管理的联动，单一调整很难收获完美的脱碳效果。要达到国际海事组织(IMO)提出的2050年碳减排目标，不仅需要航运业尽早做好投资规划、提前做好船舶燃料调整的技术准备，还应在船舶新技术推广和能源效率提高方面加强科研力度。

Ricardo发布的研究报告在建议了三种燃料转型或过渡路径的同时，也阐述了可与此相配合的船舶技术和能效管理改进路径。

“路径一”更具性价比

研究报告的“路径一”显示，海运业直接采用氢和氨燃料比采用LNG或生物燃料更具性价比。对于“直接”的解释，报告撰写组划出了时间表：2025年之前，除LNG运输船(100%液化天然气)外的所有船舶使用船用重油(HFO)和船用柴油(MDO)的比例分别为72%和28%，2025-2030年，灰氢和灰氨陆续在船使用，2030-2035年，灰氢和灰氨过渡到蓝氢和蓝氨，2035-2040年，蓝氢和蓝氨逐渐由绿氢和绿氨替代，2050年，适用船舶将100%使用绿氢和绿氨作为燃料。

燃料成本占船舶运营总支出的很大一部分，一些航运企业倾向于使用低成本化石燃料，且当前传统燃料与替代燃料之间的价格差进一步加大了航运业采用替代燃料的挑战，但放眼未来，全球100多个国家和地区对碳减排的公开承诺之于航运业的意义在于宣告了化石燃料作为船舶能源的不可持续性，《巴黎协定》为全球应对气候变化作出的安排也让相关监管机构对航运减排的约束更加具体。能源是一切进步的基础，而人类对于进步的追求没有尽头。从木柴到煤炭，再从煤炭到石油，这两次成功转型都是因为人类找到了相对便宜且能量密度更高的能源形式。然而在经济高速发展、环保至关重要的今天，使用零碳排放燃料是最符合经济规律的行为——即便价格高于传统燃料，运营商又需要在单船货运量(单位收益)与燃料存储空间之间进行权衡，但它将不会再让我们的下一代付出更多的环境代价和过多的经济支出。

首先来看一下氢和氨的环保特征。作为下一代清洁能源，氢和氨之所以在航运减排中作用备受关注，主要是像众多其它文献、报告等所论述的一样，这两种替代燃料都不含碳，燃烧过程中不会生成二氧化碳。燃烧过程无二氧化碳排放对于IMO设定的减排目标来说，最具环境优势。

再看价格的比对。虽然最初的时候氢和氨的成本稍高，但它们的价格却是递减的。HFO和MDO在2020年的价格分别为8.22美元/GJ和8.61美元/GJ，2050年，其价格或将涨至9.27美元/GJ和11.08美元/GJ。而与此同时，绿氢的价格可能会由当前的41.17美元/GJ降至18.49美元/GJ，降幅超过55%。绿氨的成本也将出现一定幅度的下降，2050年的价格也许会低至29.43美元/GJ，较2020年的价格(36.58美元/GJ)降低近20%。而在未来25年间，生物液化天然气(BioLNG)的价格则有明显上扬。数据显示，BioLNG的价格将从2020年的10.52美元/GJ升至2050年的42.42美元/GJ，涨幅超过400%。因此在选择低碳燃料时，船东或运营商需要仔细考虑未来价格长期走势。参与研究的专家预计，虽然替代燃料的绝对和相对价格是不确定的，但从长期看使用氢和氨等零碳排放燃料将从成本方面获得更高回报。

在一定区间范围内，燃料成本与生产成本成正相关关系。根据国际可再生能源署(IRENA)测算，2020-2030年，绿色制氢支出将降至840美元/kW，2040-2050年还可能进一步降至200美元/kW。根据对2030年可再生能源平准化(此处就是平准化)成本的合理预测，随着可再生能源成本降至2美分/kW时，绿氨将在燃料市场中具备相当的成本经济竞争力。

“路径二”更像一种过渡

然而有一个不可回避的事实存在。根据能量密度的比较，船上储氢和储氨空间分别是MGO存储空间7.6倍和4.1倍，也就是说，在港口基础设施不变或建设滞后的情况下，牺牲部分货物空间储存更多燃料将是一种常见权衡措施。或者重新调整航线设置，以保证长程航线由短程航线衔接组成，但这又会增加船东的船舶投资成本。或许正因如此，业界对于“首先采用LNG等燃料替代传统化石能源，再逐步过渡到绿色燃料”的路径持关注态度。

报告显示，氢和氨生产基础设施的额外投资(与基线相比)大大超过了船舶燃料成本的增加，以及燃料生产商收入的增加，这反映出这两种替代燃料的生产和加注设施都需要新建或改建，而基线中所需的大部分常规燃料(如LNG)由现有基础设施生产、存储与加注都较为方便，行业整体投资因此相对较小。从另一个角度考虑来看，LNG动力船及其所用发动机的设计与建造工艺较为成熟，且极具规模经济效益的超大型船在使用LNG时，可以完美地执行长距离运输(如远东-西北欧航线)任务，这也解释了为何很多航运企业依旧对于LNG动力船舶保持极大热情。

这份报告提到的“路径二”描述了业界在某些情况下可以实现的目标，即在短期内采用以LNG为代表的临时替代燃料，逐渐增加使用酯基生物柴油(FAME)和加氢处理植物油(HVO)等生物燃料，此过程将会持续到2040年。在此之后，逐渐过渡到BioLNG。不过鉴于FAME、HVO和BioLNG的价格较高，“路径二”被认为是不具有经济性。虽然FAME和HVO的价格不像BioLNG那样呈上升趋势，但在2050年，两者预测价格为27.19美元/GJ和30.62美元/GJ，将均高于绿氢价格，即便与绿氨相比，也完全没有成本优势，更何况这种过渡还将增加无形但最重要的环境成本。

国际抽样调查(SSI)曾在2019年对航运用生物燃料的可持续性和可用性询问了利益相关方的观点，大多数受访者认为在2030-2050年，生物燃料可以满足航运业10%-30%的能源需求，同时预计2030年的使用量将高于2050年。这从一个侧面反映了“路径二”是一个短期而非长期的航运减排解决方案。

另外，由于LNG并非无碳排放燃料，运营商会为满足相关地区环保法规而采取减速航行的行为以降低排放。减速航行虽然可以适度降低运营成本、减少温室气体排放，但它牺牲了那些对交货时间有要求的货主的利益，并且这种人为控制措施也会在无闲置运力可用的情况下打破市场供需平衡——减速航行意味着市场必须投入更多运力来满足供应链畅通，而更多运力的投放也将增加行业对于船舶资产的投资，并降低了航运业的整体有效减排。总而言之，“路径二”只是一种实现航运减排的过渡选项。

“路径三”温和推进碳减排

这份报告中描述的“路径三”似乎是前两种路径的结合：在最大限度地采用能效管理技术的同时配合碳捕获技术，并逐步增加绿色燃料的使用。换句话说，“路径三”可以通过碳捕获技术降低过渡燃料(如LNG)在使用过程中排放的二氧化碳，让“路径二”成为一个阶段内的减排选项，然后再过渡到无碳排放燃料，让“路径一”成为行业最终选择。

船用碳捕获技术已然成为业界关注焦点，相关系统已有实例。2021年，川崎汽船完成了全球首个船用碳捕获设备实证测试，该公司旗下一艘煤炭运输船搭载的小型碳捕获装置已经从该船排放的废气中分离并回收二氧化碳，捕获的二氧化碳纯度在99.9%以上，实现了与计划相符的性能。挪威航运企业Solvang ASA也将在一艘乙烯运输船上进行碳捕获系统的安装，以便实现其远洋船队的在运输过程中的零排放。今年1月份，中国船级社(CCS)为中国船舶集团有限公司七一一所颁发了船载碳捕获与存储系统原理性认可证书，这套系统是我国首套具有完全自主知识产权的船用脱碳系统，由吸收塔、再生塔、压缩液化单元、吸收剂供给存储单元、废水处理单元及控制单元等组成，可完成对船舶柴油机尾气产生的二氧化碳进行高效吸收和存储，并可根据实际减碳需求灵活调节碳捕集率，满足不同船舶减碳需求。

由于碳捕获技术的应用，船舶可以在使用常规燃料的同时，最大限度地减少二氧化碳排放，这让船舶运营成本有了较大降幅，也延长了使用过渡燃料船舶的生命周期。根据模型预测，2035年将分别有25%的船舶使用氨和甲醇作为燃料，而将有50%的新造船继续使用价格较低的LNG作为动力。随着技术日趋完善，或许从2040年开始，所有使用含碳燃料的新造船都将装配船用碳捕获系统。

尽管技术可行，但任何形式的创新部署都会涉及高额运营和资本支出。油气行业气候倡议组织(OGCI)和Stena Bulk联合做出的研究结果表明，若船用碳捕获系统的捕获率若为50%，资本支出总额约为2245.74万美元，每年运营支出约为105.55万美元；在捕获率达90%的情况下，资本支出总额将近3369万美元，每年运营支出达202.12万美元。根据相关统计，这相当于在船舶年度运营支出上额外增加25%。即便如此，报告显示，“路径三”的实施总成本因可使用常规燃料而较前述两种路径更低。当然，不可再生能源是用之可尽的，环境成本更是无价的，因此，“路径三”附加了“并逐步增加绿色燃料的使用”这句话。