生物燃料也是航运替代燃料的重要选择

国际和区域法规和倡议正在推动航运的低碳发展。国际海事组织 (IMO) 制定了具体的短期和长期目标，以减少国际航运产生的温室气体 (GHG) 排放。短期措施包括降低碳强度，到2030年每吨英里产生的二氧化碳比 2008年的水平至少降低40%；还有旨在提高船舶能效的技术和营运措施。

从长远来看，国际海事组织(IMO)的目标是到2050年将碳强度与2008年的水平相比至少降低70%，温室气体排放量比 2008 年减少至少50%。IMO 的第四次温室气体研究得出结论，这将需要引入低碳或零碳船用燃料。国际海事组织于2018 年通过的初步战略定于2023年修订，可能会出台新的或更严格的法规，并引入有关船用燃料碳足迹的具体要求。

欧盟(EU)委员会还提出了旨在提高航运业务可持续性的提案，包括将航运纳入其排放交易系统 (ETS)。ETS要求购买配额来抵消排放。欧盟的其他举措包括FuelEU Maritime，这是一项基于目标的温室气体强度计划，旨在促进海洋运输中低碳燃料(LCF)的生产和使用。它还要求集装箱船和客船使用岸电(OPS)，港口有望为这两者提供便利。该计划将逐渐变得更加严格，基本上要求停靠欧盟港口的船舶减少用于生产船载能源的碳排放。

另一项欧洲指令是能源税收指令 (ETD)，它为欧盟对某些燃料征税制定了框架条件。现在这些法案可以应用于船用燃料。

广泛采用低碳船用燃料的势头越来越大，燃料生产商、发动机制造商和整个海事部门的利益相关者之间的合作是一个重要的推动因素。

替代燃料选择

目前正在考虑多种替代的低碳船用燃料，发动机制造商正在开发利用它们的方法。与此同时，还在开展研究并启动示范项目，以研究继续使用传统化石燃料以及机载碳捕获和储存 (CCS) 系统的可行性。

在评估替代性低碳或零碳燃料的碳足迹时，应考虑每种燃料的生产途径。当前的IMO温室气体战略基于Tank-to-Propeller的基础，这意味着要确定燃料的碳强度，应采用完整的生命周期方法，其中不仅要考虑船上燃料燃烧产生的排放，但也考虑了燃料生产、运输和分配的上游排放。

在可供选择的“未来”燃料中，我们今天所熟知的液化天然气 (LNG)（灰色 LNG）已经在船舶应用中得到了相对完善的应用。LNG可被视为一种过渡燃料，弥合了传统船用燃料与尚未广泛使用的新型替代燃料之间的差距。采用液化天然气背后的原因之一是相关供应基础设施的快速发展，世界上许多主要港口现在都可以加注这种燃料。LNG需要低温储存条件，其能量密度（按体积计算）约为当今极低硫燃料油(VLSFO)的 55%。液化天然气的一个问题是甲烷逃逸，这是其基于WtW的温室气体减排潜力的限制因素。

甲醇是目前使用的另一种液体燃料，主要由甲醇载体使用，并且由于甲醇有毒且闪点低，因此必须制定安全指南。今天的“灰色”甲醇由天然气生产，能量含量低于传统船用燃料（约40%）。此外，在WtW的基础上，与传统燃料相比，它并没有真正减少二氧化碳排放。生物甲醇和电子甲醇具有更显着的温室气体减排潜力。

液氨和氢气的能量密度甚至低于甲醇和液化天然气，但它们都存在安全风险。当由天然气生产这些燃料时，即所谓的灰色氨和灰色氢，对降低温室气体排放根本没有贡献，反而有所增加，如图1所示。

图1：以每千瓦时克二氧化碳当量 (GWP100) 为单位的WtW排放量

（《减少海洋温室气体排放量和电子燃料的潜在作用》，Lindstad等人，2021年）

液体生物燃料

在柴油发动机中使用液体生物燃料并不新鲜。事实上，Rudolph Diesel自己预测，随着时间的推移，植物油可能会变得与石油产品一样重要。

液体生物燃料由生物质或有机废物生产，可按代分类。第一代生物燃料，也称为传统生物燃料，例如乙醇、加氢植物油 (HVO) 和最广泛使用的液体生物燃料脂肪酸甲酯 (FAME)，通常称为“生物柴油”，通常由通过发酵、氢化或酯化等技术提取农作物或植物油。由于这种燃料的生产被批评影响粮食供应，因此它们越来越不能用作运输燃料。第二代生物燃料使用基于废物的原料，例如用过的食用油、林业和农业残留物以及城市固体废物 (MSW)。后者可能需要更复杂的生产工艺，例如水热液化或快速热解。

图2表明，第二代生物燃料提供的温室气体减排量是所列生物燃料中最大的——与船用轻柴油 (MGO) 相比，减排量在70%到几乎100% (WtW) 之间。这是由于它们对土地使用的影响极小、大量的生物碳吸收以及适度使用化石燃料能源进行原料转化。

图 2：液体生物燃料在减少船舶排放方面的潜力（ICCT，2020年9月）

将液体生物燃料混合到化石燃料中不仅可以减少WtW排放，而且还可以对 SOx 和颗粒物排放产生积极影响。

MARPOL 附则VI 第18.3.2.2 条规定了在航运中使用生物燃料的一个障碍，其中规定：“......通过石油精炼以外的方法提取的用于燃烧目的的燃料油，不得导致发动机超过适用的氮氧化物排放限值载于第 13 条第 3、4、5.11 和 7.4 段......'

这使得船舶需要向船旗国申请豁免进行生物燃料试验，并验证NOx排放是否符合NOx Technical Code 2008的相关规定。然而在MEPC 78上，通过了统一的解释，其中高达 30 v% 的生物燃料混合物被视为常规油基燃料。对于 30 v% 以上的生物燃料和生物燃料混合物，当NOx关键部件和设置或运行值符合发动机制造商的技术文件时，不需要进行NOx排放测量。

作为一种船用燃料，液体生物燃料与现有的船用发动机和供应基础设施兼容。ISO 8217 船用燃料标准已经允许在符合EN 14214 或 ASTM D7963要求的馏分船用燃料中使用 HVO 和高达 7 v% 的 FAME。事实上，许多混合生物燃料的示范项目已经宣布或成功完成，其中 FAME 与残渣燃料油的混合比例高达 20v% 或更高。

如图3 所示，FAME 具有良好的润滑性能并改善燃料混合物的点火/燃烧。在其他 FIA/FCA 参数中。

图 3：FIA/FCA 分析 (IP 546)

FAME 的粘度通常低于化石燃料，这导致最终混合燃料油的粘度低于化石燃料油，从而可能影响船上燃料油的处理（例如预热温度、离心清洁设置） . FAME 的冷流特性（通常较高的倾点）和较高的氧化敏感性可能会影响船上存储方面。在较高的 FAME 水平下，需要额外注意这可能对燃料系统材料（例如密封件）产生的潜在影响。此外，在考虑燃料消耗时，必须考虑到与化石燃料相比，FAME 的净热值较低。

液体生物燃料被广泛接受为海洋直接燃料的潜在障碍包括可持续生物质原料的可用性、某些生产途径的技术准备情况以及来自其他部门（例如公路和航空应用）的供应竞争。当然，成本始终是行业的考虑因素。在为航运业寻找更实惠的生物燃料选择时，应该强调的是，在使用之前，应该仔细评估其他基于生物质的产品的质量。

总结

供应链和加注基础设施的可用性将成为其他替代性、低碳或零碳燃料（例如甲醇、氨和氢）普及的影响因素。船舶及其船员的成本、能量密度和安全考虑因素也会影响此类燃料的可行性。生物燃料代表了航运业现成的低碳燃料替代品。它们以WtW为基础减少了CO2 排放，无需对发动机进行改装或进行重大的额外程序。在船舶应用中使用的主要障碍是来自可能影响其可用性的其他运输部门的竞争。

原文作者：Monique Vermeire, Fuels Specialist, Chevron Marine Lubricants