脱碳：投身未来燃料的隐性成本

摘要：合成液化天然气或甲醇的成本将高于氢和氨，但更容易应用。哪种燃料在未来占上风仍然是一个悬而未决的问题

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没有什么能像化石燃料那样能将能量、成本和便利性等优点集于一身。他们的低碳替代品，也是航运业迫切需要的，在这些方面乃至安全性上都将逊色许多。

生物燃料将在中期成为一些公司的选择。但它将变得越来越稀缺和昂贵，因为航空和其他行业也在盯着分一杯羹。

那么剩下的就是利用可再生电力通过电解槽，从水中分离氢来制造的eFuels 合成燃料(电子燃料)。

氢既可以单独作为燃料来使用，也可以用来制造氨，后者更容易储存——尽管毒性很大。另外，还可以通过添加碳来合成甲烷或甲醇。

这些合成碳氢化合物很有市场，因为它们已经可以作为船用燃料了。马士基订造了13艘以甲醇为燃料的集装箱船。

与此同时，其竞争对手达飞则把赌注押在液化天然气上，希望未来在同样的发动机中使用合成甲烷。

然而，当全世界都在努力解决二氧化碳排放过多的问题时，合成燃料生产商可能面临着相反的烦恼。

发动机制造商MAN Energy Solutions的二冲程研发主管Brian Sørensen表示：“在未来，碳将成为一种稀缺商品。而氨有可能成为最便宜的燃料。”

联合国气候变化框架公约（UN Framework Convention on Climate Change）航运主管 Katharine Palmer表示，如果燃料仍然含有碳分子，价格自然会更贵，因为需要从某处获取碳。

这是因为碳捕获——尤其是直接空气捕获技术，即从天空中吸取二氧化碳——仍处在实验阶段，且结果并不喜人。2020年的一项研究发现，超过80%的商业碳捕获项目都失败了。

Palmer表示：“打个比方，碳捕获所需的技术还没有生产绿色氢所需的技术成熟。”

大学海事咨询服务（University Maritime Advisory Services）主任Tristan Smith表示，虽然氨和氢的成本将是高昂的，但它们比碳基燃料更容易预测。

他表示，那些选择合成碳氢化合物的人把“巨大的赌注”押在了一项连联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on ClimateChange）都几乎没有信心的技术上。

Tristan Smith博士说：“我认为目前还没人在有关燃料的讨论中提过这个问题。”

壳牌海洋公司（Shell Marine）脱碳业务总经理Alexandra Ebbinghaus表示，每次将一种分子转化为另一种分子—从电力转化为氢，再转化为甲醇或 e-LNG —都会增加成本。

她说：“所有的技术步骤都是已知的，但没有一个被规模化应用了，这个过程的能源效率可能低于20%。”

Ebbinghaus表示，可再生能源成本的下降，可能会使结合了直接空气碳捕获技术的合成碳燃料更具竞争力。“但它仍然会比只使用氢气或氨更贵。”

那么，为什么不直接使用氢气或氨呢?

氢和氨的缺点众所周知。它们的能量密度较小，所以在船上占的空间要大得多。氢气具有爆炸性，必须冷却到-253摄氏度保存。

虽然氨是零碳的且无需冷藏，但它的重量是常规燃料油的两倍，占据的空间则为三倍。它也有剧毒，因此在使用和储存时需要更多的安全措施。

更重要的是，氨其实是一种很作的燃料。

燃烧效率低的话会产生氮氧化物，燃烧效率高了又会产生一氧化二氮，一种比二氧化碳强300倍的温室气体。

Ebbinghaus说：“如果燃料的能量密度较低，燃烧效率又低，再加上尾气处理后产生的额外成本和低效，那么整个过程可能需要比合成甲醇或甲烷更多的燃料。

说到e-LNG则存在另一个问题：甲烷逃逸，即未完全燃烧甲烷的逃逸性排放，这是一种比二氧化碳强30倍的温室气体。环保人士认为，这使得液化天然气船比重燃料油对气候的影响更大。

性能更好的发动机和升级版的尾气处理装置有望缓解这一问题，但目前还没有完全解决。即便发动机中的液化天然气是绿色的，逃逸问题也不会消失。

选氨还是甲醇，这是马士基要回答的问题。这两种燃料在船上占用的空间是燃料油的两倍，但处理起来要容易得多。

“我们很难理解为什么要用氢来制造e-LNG，而不是合成甲醇（e-methanol），因为你仍然需要碳分子，最终还是得到一种产生甲烷排放的气体，”马士基脱碳创新部的负责人Jacob Sterling表示。

Sterling表示，长期来看氨将比甲醇更便宜，除非空气碳捕获技术有显著进步。

然而，价格差异将取决于多种因素—甲醇的运营成本将更低，因为它更容易处理，而且不需要冷藏。

马士基希望到2030年将单位集装箱产生的排放量减少一半，但第一台氨发动机要到2024-25年才能到位。

Jacob Sterling说：“如果你想在2030前产生一些影响，那么必须还是甲醇。即使从长远来看，直到本世纪的30年代和40年代，甲醇和氨也将共存，因为它们有不同的利弊。”

观察人士预测，未来的船用燃料将是多种燃料的组合，在近海船只上使用电池或氢气，在远洋船只上使用甲醇、氨或e-LNG。

游说集团Sea-LNG表示，对直接空气碳捕获技术的兴趣和投资正在激增。其表示，合成碳氢化合物的成本将有75%-80%来自氢气以及考虑安全性、可用性、操作经验等因素产生的费用。

“考虑到两种燃油的应用、船上存储空间、系统安全性和货运量损失，运营成本将很高，”该公司表示。

Sea-LNG补充说，氨燃料还需要比例高达30%的液态燃料来点燃，这将不得不来源于生物燃料。

MAN Energy Solutions的 Sørensen希望未来几年甲醇的使用量将会增加，更多的船舶将被改装为使用替代燃料。

他说:“新造船也要配合应用替代燃料，否则我们将无法达到这个目标。”

现在订单上的船舶只中有58%是双燃料动力船，换句话说42%的船不是，而它们将还要航行10年甚至20年的时间。

瑞士发动机制造商Winterthur Gas & Diesel表示，从开发液化天然气中吸取的经验将有助于其在其他替代燃料方面取得进展。

该公司表示：“我们已经见证了用于减少甲烷逃逸的催化剂还原技术是可以在船舶发动机上使用的。”

“就在几个月前，我们还认为这种情况不会发生在二冲程发动机上。”

越来越多的公司宣称他们的船是氨燃料预留船舶（ammonia-ready），因为他们的船配备了额外的油箱，但目前关于对这种船还没有一致的定义。

“在没有任何安全指引的情况下，你怎么可能就说是氨燃料预留船舶呢？” Ebbinghaus问道。

无论如何，如果不大规模增加可再生能源供应，就不会有合成燃料可用。

国际航运商会（International Chamber of Shipping）最近委托进行的一项研究发现，未来航运对合成燃料的需求量将与目前全球的总产量相当。

大多数消息人士表示，船东应该选择最高效的船舶，并在“新燃料”变得可行之前探索其他方面的前沿技术，如风力推进、船体涂层和轴发电。

几乎任何事情在技术上都是可实现的，但成本和效率常常是最大的障碍。

航运业只是需要一种方法来说服其客户帮助消化巨大的过渡成本。