LNG如何成为完美燃料？减少甲烷逃逸很关键
信德海事 代馨怡
近日，包括船东 Cool Company、Capital Gas、Celsius Tankers、摩根大通的船东子公司 Global Meridian Holdings、Mitsui OSK Lines、TMS Cardiff Gas 和 United Overseas Management在内的7家公司最新宣布甲烷减排联盟Methane Abatement in Maritime Innovation Initiative (简称，MAMII).。
MAMII最初由七个创始成员——MSC Mediterranean Shipping Company、Carnival Corp、Seaspan Corp、Shell、Lloyd's Register、Knutsen Group 和 Maran Gas Maritime于2022年9月合作成立。
该联盟表示，在其成立的第一年，它计划确定和试验新技术，以监测和减少以液化天然气为燃料的船舶的甲烷逃逸，并从 2023 年起将这些技术推广到业界。
一直以来，航运业都在为减少碳足迹的更环保的方向做出努力，有许多可以通过使用更清洁的燃料来帮助我们减少排放的举措。
其中包括转向慢速航行、减少冗余负载、高效压载水管理、使用可再生能源和转向使用LNG作为燃料。
甲烷逃逸是影响LNG作为船用燃料使用的一个问题。在全球主要国家均努力实现气候目标的大背景下，目前还没有很好解决甲烷逃逸问题的LNG动力船，作为向零碳船舶过渡的方案，可能将遭到更多质疑，因此，大力研发应用防止甲烷逃逸的技术和方案，将是LNG动力船未来发展的重点之一。
LNG动力船为什么值得大力关注
使用LNG动力船舶能大幅减少二氧化碳排放。LNG可以作为减少二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和其他污染物的首选过渡燃料。
目前，液化天然气或天然气动力发动机用于为LNG运输船提供动力的双燃料发动机，能够同时使用传统燃料和液化天然气。
对LNG运输船而言，由于货物运输过程中会产生大量的BOG（boiled off gas，蒸发气）可以作为推进燃料，所以无需过多考虑发动机的热效率问题。
在提供相同推进力的情况下，与燃煤相比，使用天然气可减少 40% 的二氧化碳排放量，与传统船用燃料相比可减少 25% 的二氧化碳排放量。
以液化天然气为燃料的船舶也不会排放烟灰、微粒或灰尘。它们的二氧化硫、汞和其他有害物质排放量也微乎其微，使这些以液化天然气为燃料的船舶未来有望成为最清洁、最环保的船舶。
但甲烷逃逸可能让一切减少碳足迹的努力化为乌有，首先让我们了解什么是甲烷逃逸。
甲烷逃逸
“甲烷逃逸”指的是未使用的甲烷从发动机的燃烧室和储存和运输的船舶其他部分中逸出。由于没有被发动机使用，甲烷会以纯净的形式逃逸到环境中。
作为一种温室气体，甲烷排放限制了地球环境中热量的散发。随着时间的推移，累积的热量会增加地球的平均温度，并对地球的生态系统产生相应不可逆的影响。
虽然大气层中甲烷浓度要远远低于二氧化碳，但是，它吸收热量的能力，是二氧化碳的80倍以上。
甲烷同时也是臭氧破坏者。在高层大气强烈的阳光下，甲烷与水蒸气发生反应，形成破坏臭氧层的化学物质。由于来自太阳UVB 射线到达地球表面，臭氧层损耗将直接导致人类非黑色素瘤皮肤癌概率上升。
作为占LNG的 85% 至 95%的主要成份，减少甲烷排放变得尤为重要。
但是，目前而言在发动机使用过程中甲烷逃逸还无法完全避免。甲烷逃逸会破坏使用LNG动力船舶的优势。如果没有有效的方法来消除或减少甲烷的逸出，LNG发动机就有可能永远不会被广泛采用。
甲烷逃逸的原因
发动机甲烷泄漏是发动机制造商和海洋组织都关心的问题。为了解决这个问题，我们需要首先弄清其形成的原因。
发动机制造商和其他专家列出甲烷逃逸的原因如下。
l供应链泄漏
l燃烧室泄漏
供应链泄露
在供应链运输过程中，液化天然气比化石燃料更容易泄漏。与化石燃料相比，它的井喷式排放更高。LNG在储存、运输、使用等各个阶段均有逸出的情况出现。
燃烧室泄露
据估计，燃烧室的甲烷泄露比前者更严重。发动机类型、负荷、燃料、工作周期和速度等因素会影响泄漏率。
其中，所有发动机类型共有的三个重要因素是死体积、活塞环泄漏量和不完全燃烧量。
上述因素会导致通过发动机排气系统或曲轴箱通风的甲烷逃逸增加。
发动机每转一圈，就有泄露少量未燃烧甲烷的危险。这种不断泄漏的累积效应可能会对我们的气候目标造成不利影响。
如何减少甲烷逃逸
在大范围推广 LNG 发动机之前，消除或至少将甲烷排放量降至可接受的水平是必不可少的一步。目前专家已经讨论了几种减少甲烷逃逸的方法。
三个最有前途的解决方案如下：
l减少余隙容积
l直接注气
l氧化催化剂等后处理解决方案
减少余隙容积
余隙容积是指燃烧室中火焰无法传播且残留有未燃烧甲烷的所有小体积的总和。
通过设计变更减少缝隙体积可以将甲烷逸出量减少高达 70%。
直接注气
LNG发动机使用的是通过进气阀提供的空气和LNG的混合物。LNG燃料的必要点火是由少量的柴油作为引导燃料提供的。
目前，发动机制造商正在探索使用直接气体喷射技术，允许将LNG直接引入燃烧室，而不是先与空气混合。
LNG在压缩冲程后期通过其单独的喷油器直接进入燃烧室。还有一个用于柴油的喷油器为点火提供少量的柴油燃料。
高压（1500+bar）LNG注入提供更好的单位面积流量，同时形成有利的放热率曲线，进一步提高燃料的效率。
通过改进直接注气技术，甲烷逃逸最多可减少 90%。
氧化催化剂等后处理解决方案
氧化催化剂也用于处理从发动机中逸出的甲烷并防止其逸出到大气中。多用于许多释放碳氢化合物的行业。如果使用得当，使用此类催化剂可以减少约 70% 的甲烷逃逸。
目前，发动机制造商正在研究后处理解决方案，并认为这是比直接注气更可行的甲烷逃逸控制方法。
作为公认的地球上最清洁的化石能源，LNG比电力和燃料电池推进等替代方案更实惠、更实用。
高热效率、低排放和成熟的监管框架等优势为其更广泛的应用提供了进一步的动力。
但甲烷泄漏可能会使一切美好的幻想化为乌有。作为温室气体，即使少量的排放也会引起环境问题。
因此，甲烷逃逸仍然是航运业面临的一个重要难题。但从目前的研究成果来看，降低甲烷排放甚至“零排放”的措施正在马不停蹄的向我们驶来，LNG动力船或将成为未来船舶市场的主力军。
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