从LNG到液氢，日本造船能否创出新天地

6月6日，日本川崎重工（KHI）宣布已经完成了用于液化氢运输船的货物密封系统（cargo containment system,CCS）的技术开发。

为了实现氢气的大量海上运输，必须将其冷却到-253℃进行液化并减少到其气态体积的1/800，在该低温条件下长时间保持稳定。为了实现这一目标，川崎重工为大规模液化氢载体开发了一种新的独特的CCS，CC61H型。它采用球形设计，使外表面积相对于内部容量保持较小，并最大限度地减少热量进入。它还具有双壳结构，可提供高性能的两级隔热。

基于CC61H型设计的测试罐尺寸与计划中的用于大型液化氢运输船的CCS相似，每个运输船将配备四个40000立方米储罐，总载货量为160000立方米。川崎重工在开发中验证了结构构件的厚度、隔热材料、结构的完整性等项目，进行了气体更换、冷却和加热测试。此前在2022年4月，日本船级社ClassNK已原则上批准了川崎开发的LH2运输船。

率先开辟新赛道，川崎重工争当液氢运输船领头羊

尽管氢气的制造和运输有着更高的标准和更贵的成本，但其极高的重量能量密度使得每单位重量的氢气所携带的能量高于其他燃料，以及完全清洁的燃烧产物，得到日本政府和产业界的青睐。日本早在2014年就制定了“氢能社会实现战略”，积极发展氢气生产技术，将其视为重要的替代能源用于燃料电池汽车和工业用途，目前已发展成全球最大的氢能源市场之一。

在航运领域，日本航运巨头纷纷选择新能源赛道，大力开发和试验氢、氨、LCO2等新型燃料，造船业则希望通过发展液氢运输船重现往日LNG船市场的辉煌。

川崎重工从2014年开始研发液氢专用运输船，利用LNG船的设计和建造的丰富经验研发液化氢储存系统。2016年，川崎与岩谷株式会社、日本壳牌有限公司和电力开发株式会社（J-Power）共同组建了无二氧化碳氢能供应链技术研究协会（HySTRA），旨在建立一个能源供应链能够经济可靠地大量采购氢气。川崎还在2018年成立了另一个财团以支持建立天然气精炼设施、氢气液化和装载终端。

2019年12月11日，世界上第一艘液化氢运输船SUISO FRONTIER在神户工厂正式命名及下水，川崎计划在船上安装一个1250立方米的真空隔热双壳结构液化氢储罐，并在2020年底前完成该船的建造。2021年12月24日，该船从日本神户出发，1月20日到达距离墨尔本东南方72公里的哈斯汀港，装载了澳大利亚氢能源供应链（HESC）项目的氢气后返回日本。

根据川崎重工的规划，该公司将在2030年建造2艘商业规模的液化氢船，每年能够进口22.5万吨氢燃料；到2050年将建造数量将达到80艘，每年能够进口多达900万吨。在集团愿景2030中，川崎希望建立氢气生产和消费之间的联系，逐步建立商业运营网络，为城市构筑未来的氢能使用体系。

LNG运输船不同的技术路线选择

1959年，美国改装了第一艘LNG运输船并成功实现LNG海上运输。1964年和1965年，英国与法国相继建造了LNG运输船。随着意大利、挪威等国纷纷开始LNG运输船的建造，欧美于上世纪80年代前垄断了世界LNG运输船建造市场。

1981年，日本造出了本国第一艘LNG运输船，通过技术引进和本国船东的支持，于80年代中期大举进军LNG运输船建造市场。1994年，韩国也造出了本国第一艘LNG运输船，并开始与日本进行激烈的市场竞争。进入21世纪以来，沪东中华等中国造船厂开始进入LNG船建造市场，并逐渐发展壮大，时至今日基本形成了中韩两国瓜分市场的格局。

为了便于运输，LNG运输船通常采用在常压下极低温（-165℃）冷冻的方法使天然气液化，在苛刻的运输条件下，货物维护系统是建造中最核心的部分。最常见的货物围护系统为GTT薄膜型和Moss球罐型。

法国公司GTT(Gaztransport & Technigaz)自1964年将异形膜设计申请专利并首次应用于LNG运输以来，不断发展薄膜型LNG储罐设计技术。当时的法国气体运输公司（GT）和法国燃气技术公司（TGZ）分别研制出GTNO型和TGZMark型薄膜LNG货物围护系统，也就是现今GTTNO96型和MarkIII型薄膜舱的前身，这两种液货围护系统在几十年来的LNG船储罐设计市场中牢牢占据着主导地位，GTT公司也通过收取专利费用盈利颇丰。

GTT薄膜型LNG运输船具有同等载货量下主尺度小、舱容利用率高、甲板平坦、受风面积小和驾驶室视野盲区小等优点，但同时具有装载限制（液位须低于10%或高于90%以减轻液货晃荡造成的危害）和不易检修（一旦货物围护系统建造完成，系统中的结构、部件及船体货舱内表面都被封在主屏壁薄膜内）的缺点。

韩国在1995年引进薄膜型技术，现代重工，大宇造船和三星重工三家韩国造船厂在近二十年的时间里几乎占据LNG船市场70%的份额。我国沪东中华造船厂引进GTT公司技术，在2008年4月交付首艘自主设计、自行建造的LNG运输船“大鹏昊”号，从此在LNG船建造市场上高歌猛进。

在两项成熟设计的基础上，GTT不断研发出新的薄膜舱型，如NO96L03/L03+、N096Max、MarkIIIFlex、MarkV等，并正在得到广泛应用。GTT公司拥有雄心勃勃的研发计划，以确保其技术在LNG运输市场中保持和扩展竞争优势，并创造有助于新市场快速扩张的新应用。

2022年10月，法国GTT公司推出三罐LNG运输船设计，得到DNV和BV的两项原则批准（AiP）。GTT表示，该技术解决方案旨在提高船舶的盈利能力和整体性能。新的LNG运输船设计的总载货量为174000立方米，与传统LNG运输船相比，这一新概念基于三个货舱而不是四个货舱布置。该设计使密封舱的整体表面积减少约2000平方米，并减少相关低温设备的数量，有助于降低建造成本。同时，液态天然气的体积与低温衬里表面积的比率提高，可以有效降低日蒸发率。

上世纪70年代初，挪威摩斯·罗森博格公司（MossRosenburg）研制出Moss球罐型货物围护系统，液货舱为球罐，与船体互相独立，可以自我支持液货载荷。Moss球罐可以与船体结构分别建造再最后总装，因此建造周期较薄膜型LNG运输船更快，罐体也易于检验和维修，同时球形设计消除了晃荡影响从而可以装载任意液位的液货。它的缺点也显而易见，部分罐体凸出甲板遮挡了驾驶室视野、受风面积较大、船舶主尺度也偏大。

1971年，川崎与MossRosenburg公司签订了技术协议，加速液化天然气运输船的开发。1981年，在Sakaide工厂，公司交付了Golar Spirit（129000m³，815 GT），具有五个直径为36.6m的球罐型液货舱，这是日本建造的第一艘液化天然气运输船。此后日本建造的LNG船以MOSS型为主，三菱重工和川崎重工均是这一细分市场的重要参与者。

此外，韩国作为LNG运输船的建造大国，一直都希望拥有本国专利的货物围护系统。2014年，韩国燃气公司（KOGAS）、大宇造船与海洋工程（DSME）、现代重工（HHI）以及三星重工（SHI）联合开发了KC-1薄膜舱。然而韩国自主研发的液货围护系统因缺乏实用案例而不被船东接受。目前，三大船企正推进国产第二代LNG液货围护系统“KC-2”的研发，相关工作计划于2023年前完成。

一片新的蓝海，法国GTT能够否再次垄断液氢运输

2022年7月，法国公司GTT宣布获得挪威船级社（DNV）的两项原则性批准 (AiP)，包括一项用于液化氢 (LH2)的薄膜围护系统和一项初步的LH2运输船概念设计。这些项目是GTT与壳牌合作开发的，GTT称这是其在液氢运输领域达到的重要里程碑。

在LNG运输船领域，GTT维持着难以撼动的垄断地位，几乎90%以上的新造LNG船都在使用GTT的薄膜型货舱技术。在液氢运输这一片新的蓝海，GTT公司的具体行动看似不多，但凭借着其在液货围护系统技术上50余年的深耕，向液氢转换的技术开发可能会具备一定的优势，甚至会提出完全不同于LNG运输的新的解决方案和船舶系统。

从发展现状来看，日本韩国在液氢运输船开发上发力较早，希望在船体设计、液氢储罐、氢气蒸发气处理系统等层面全方位摆脱对欧美公司的依赖，在氢气这一未来燃料的运输、储存和使用的全链条上取得先发优势。而GTT公司在发展液氢薄膜围护系统上的拥有很大潜力。在这一新兴领域，可以预见各类解决方案百花齐放的局面，未来的技术发展和市场选择值得关注。

LNG船作为造船业皇冠上的三颗明珠之一，技术难度之高可想而知。中日韩作为造船大国，都迫切需要开发出自主、经济、可靠的液货围护系统，同时着眼于更多替代燃料运输船的研发。

参考资料：Offshore Energy，川崎重工网站、GTT网站