基于数据收集机制的国际航行船舶替代燃料应用分析*

摘要：国际海事组织数据收集机制已实施4个周期，基于数据收集机制，结合有关替代燃料的政策和规则要求，整理分析5 000总吨及以上国际航行船舶替代燃料的消耗情况，探究国际航运替代燃料的应用规律和趋势。目前数据收集机制中的替代燃料不涉及全生命周期温室气体强度，仅考量燃料化学成分和船端使用情况；国际海事组织关于替代燃料应用技术导则正逐渐形成完整体系；数据分析结果表明，液化天然气是主要的替代燃料，占据了95%以上的消耗量，其他替代燃料均有在船应用，但规模较小，尚处于发展初期阶段，各种替代燃料均具有很强的船型相关性。替代燃料对于实现国际航运温室气体减排目标不可或缺，在船舶温室气体减排政策和规则驱动下，预计替代燃料的在船应用会逐渐成熟，消耗量将呈爆发式增长。

关键词：绿色航运；替代燃料；液化天然气；温室气体

2016年10月，国际海事组织 ( Interna-tional Maritime Organization，IMO ) 海上环境保护委员会( Marine Environment Protection Committee，MEPC ) 第70届会议通过燃油消耗数据收集机制( Data Collection System，DCS )，即MARPOL附则VI关于船舶记录和报告其燃料油消耗的强制性要求，以获得必要的数据，为IMO船舶温室气体减排的进一步措施提供信息。DCS要求从2019年1月1日起，5 000总吨及以上船舶 ( 产生约85%的国际航运二氧化碳排放总量 ) 每年需要收集其使用的每种燃料油的消耗数据及其他指定数据，经验证后提交给IMO船舶燃油消耗数据库。

从2019年至2022年，DCS已实施了完整的4个周期。本文基于DCS，根据2019—2022四个年度的IMO的燃油消耗数据报告，整理分析5 000总吨及以上国际航行船舶替代燃料的消耗情况，同时结合IMO目前关于替代燃料的政策和规则要求，探究船舶替代燃料的应用规律和趋势，供业界参考。

 二、替代燃料的界定

 ( 一 ) DCS中的替代燃料划分

DCS对燃料种类的划分依据来自《2022年新船达到的能效设计指数 ( EEDI ) 计算方法导则》( MEPC.364 ( 79 ) 号决议 )，具体见表1。

表1  DCS涉及的燃料种类

根据表1，在DCS中可将船用重柴油/轻柴油 ( Marine Diesel Oil/Marine Gas Oil，MDO/MGO )、重质燃料油 ( Heavy Fuel Oil，HFO )、轻质燃料油 ( Light Fuel Oil，LFO ) 划分为传统燃料，将除传统燃料之外的液化石油气 ( Liquified Petroleum Gas，LPG，包括丙烷、丁烷 )、乙烷、液化天然气 ( Liquified Natural Gas，LNG )、甲醇、乙醇及其他燃料 ( 如生物柴油、氨、氢、电池等 ) 划分为替代燃料。DCS主要根据燃料化学成分和船端使用情况来区分燃料种类，而不考虑燃料全生命周期温室气体 ( Greenhouse Gases，GHG ) 强度和生产来源。

 ( 二 ) IMO在GHG战略中的燃料表述

2023年7月，IMO通过《2023年IMO船舶温室气体减排战略》( 以下简称《2023 GHG战略》)。其强调减排力度和指标性校核点应基于《船用燃料全生命周期温室气体强度指南》( LCA导则 )(MEPC.376 ( 80 ) 号决议 ) 中的船用燃料全生命周期GHG排放，以在国际航运能源系统边界内减少GHG排放，并防止排放向其他行业转移。

关于减排力度，《2023 GHG战略》明确指出增加对零或近零GHG排放技术、燃料和/或能源的应用，提出“应用零或近零温室气体排放技术、燃料和/或能源，到2030年至少占国际航运所使用能源的5%，力争达到10%”的目标。

零或近零GHG排放燃料在实现《2023 GHG战略》目标过程中是不可或缺的。从《2023 GHG战略》的表述来看，其没有明确给出替代燃料定义，但可将替代燃料理解为基于LCA导则的零或近零GHG排放燃料，这与DCS中的替代燃料有本质区别。

目前业界对替代燃料的界定还未确定，燃料是否“合规”或者被认定为“绿色”“蓝色”，尚需要在后续政策制定中明确。[1-2]

 ( 三 ) LCA导则中的燃料表述

目前LCA导则中没有关于替代燃料的明确定义，但LCA导则指出其可以作为制定有效纳入低碳和零碳替代燃料的实施方案。LCA导则规定了船用燃料全生命周期的边界，涵盖从原料开采/种植/回收、原料转化为燃料产品、运输和分配/加注到船上的燃料使用等环节，还涉及船用燃料可持续性问题，定义了燃料全生命周期标签，其中包含有关燃料类型、原料类型和原料性质/碳源等信息。LCA导则将对船用替代燃料的界定产生重要影响。然而目前LCA导则尚未成熟可用，也无法确认哪种燃料为绿色或可替代。[1]

 ( 四 ) 其他方面对绿色替代燃料的表述

目前国内外对“绿色替代燃料”还没有统一的定义和标准。如国际可再生能源署对绿色替代燃料的相关定义如下：绿氢为用可再生能源生产的氢能；绿氨为利用可再生电力生产的氢气和从空气净化的氮气生产的氨；绿甲醇为原料符合可再生能源标准且只有生物质循环利用生产的甲醇，或绿电制绿氢再制的甲醇。欧盟《可再生能源指令》定义了可再生燃料产品组，此外还暂认用工业捕获的二氧化碳制备的甲醇为“可再生甲醇”，而航运巨头马士基目前只认可生物质碳源甲醇。

自2020年以来，IMO关于国际航运脱碳的步伐越来越快，脱碳法规和相关技术导则层出不穷且要求越来越严格。国际航行船舶由于续航力的限制，要满足法规的脱碳要求必须依赖于替代燃料。而IMO在制定船用替代燃料相关技术导则方面起着重要作用。

DCS涉及的替代燃料可以来自全球各地，是相对传统含碳燃料而言的，而反映替代燃料绿色属性的数据尚未包含在DCS中。未来随着LCA框架的完善及燃料全生命周期GHG强度数据默认值和实际值的收集，DCS中的替代及传统燃料的数据会更加丰富和全面，可为分析IMO船舶GHG减排措施提供有力支撑。

 三、IMO关于替代燃料应用的相关技术导则

与传统燃料相比，替代燃料在船应用的安全风险较大，未知因素较多，缺乏实船验证和经验积累。为解决替代燃料安全上船应用的问题，IMO在逐步制定替代燃料相关技术导则，以扫清替代燃料应用障碍、消除潜在的风险，但这方面进展仍较为缓慢[3]，且相关技术导则还不成熟，处于暂行状态，尚在修订完善中。而各大船级社在这方面已走在前列，相关替代燃料的应用指南已形成体系，如中国船级社已发布各类新能源/清洁能源 ( 涵盖LNG、甲醇、乙醇、氢、生物柴油、氨、动力电池、岸电等 ) 的应用规范指南。

目前在船应用的替代燃料中，LNG是最为成熟的，IMO海上安全委员会 ( Marine Safety Council，MSC ) 已于2015年6月通过强制性的《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》，后又经过多次修订，该技术规则已较为成熟。在甲醇/乙醇、燃料电池、LPG方面，MSC已审议通过《甲醇/乙醇燃料船舶安全临时导则》( 2020年11月 )、《燃料电池船舶临时导则》( 2022年4月 )、《使用LPG燃料的船舶安全临时导则》( 2023年6月 )，但这些导则暂时还是非强制性的，未来随着技术积累，将转为强制性的规定。IMO货物和集装箱运输分委会在船舶氢和氨燃料的安全临时导则制定方面已取得重要进展，预计将在2024年审议通过。此外，在岸电应用方面，MSC已审议通过《国际航行船舶靠港使用岸电安全操作暂行导则》( 2023年6月 )，为国际航行船舶靠港使用岸电提供了全球统一的安全操作标准。IMO在关于替代燃料应用技术导则方面正逐渐形成完整体系，这将为逐步扩大替代燃料的应用规模奠定基础。

 四、替代燃料数据统计分析

 ( 一 ) 数据来源

MARPOL附则VI第27.10条规定IMO秘书处须基于DCS编制每年度的燃油消耗总结报告，以概述燃油消耗数据收集情况，供进一步审议相关措施。

截至目前，IMO已审议通过2019—2022年4个年度的燃油消耗数据总结报告，文件号分别为MEPC 76/6/1、MEPC 77/6/1、MEPC 79/6/1、MEPC 81/6。本文基于4个年度报告中的数据，梳理分析5 000总吨及以上国际航行船舶有关替代燃料的消耗情况。

 ( 二 ) 船型分类

DCS涉及12种EEDI船型 ( 散货船、兼用船、集装箱船、豪华邮轮、气体运输船、杂货船、LNG运输船、冷藏货船、滚装货船、滚装货船 ( 车辆运输船 )、滚装客船、液货船 ) 和客船、其他等共计14种船型，[4]再根据每种船型载重吨或总吨的大小，细分统计相应项目下的燃油消耗数据。

 ( 三）替代燃料消耗总量统计与分析

根据4个年度的燃油消耗数据，统计得到2019—2022年各种替代燃料消耗总量数据，具体见表2。可以看出：2019—2022年各种替代燃料消耗总量在所有燃料消耗总量的占比维持在5%左右，说明替代燃料在船应用的趋势比较平稳，2022年的比例相较2021年、2020年有所降低，但较2019年有所提高，主要原因在于2022年LNG的消耗量相较之前年份有了较大幅度减少。

表2  2019—2022年各种替代燃料消耗总量数据

在各种替代燃料消耗中，LNG占据主要地位，2019—2022各年度消耗量均在1 000万t以上。2019—2022各年度LNG在替代燃料中占比虽均在95%以上，但呈现出逐年降低的趋势。LNG在船应用较多，一方面是因为LNG来源较广，其价格与其他替代燃料相比更有优势，另一方面是因为LNG相关技术、基础设施、法规和政策较为完善，在安全方面更有保障，尤其是IMO早在2015年就通过了强制性的《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》。此外，LNG运输需求量大，亦带动了船用LNG的使用消耗。

从具体数据来看，除LNG的其他替代燃料的消耗量及占比均在逐年提高，说明替代燃料在船应用的局面正在打开，呈现多元化，显示出齐头并进的趋势，但消耗量绝对值较低，且在所有替代燃料中的占比不超过5%。LPG中的丙烷、丁烷消耗量稳定增长，且增速较快，尤其是2022年的消耗量增长更是迅猛。其他燃料 ( 主要为生物柴油、乙烷等 ) 的消耗量增长较快，呈现出与LPG燃料类似的趋势。可以看出，LPG及其他燃料的应用推广正在加速，显示出巨大的增长潜力。2019—2022各年度甲醇的消耗量波动较大，说明甲醇在远洋船舶上的应用状况不成熟、不稳定，尚存在障碍。相较其他替代燃料，乙醇的消耗量最少，但2022年相较之前年份有了较大幅度增长，说明乙醇在远洋船舶上也有一定的应用场景。可以预计的是，随着IMO脱碳法规的逐步实施和相关技术导则的完善，替代燃料在船应用会越来越成熟，消耗量将呈爆发式增长。

 ( 四 ) 替代燃料与船型相关性分析

 1.LNG燃料与船型相关性

经统计，得到2019—2022各年度各船型LNG燃料消耗量在当年度LNG燃料消耗量的占比，如表3所示。从表3可以看出：各年度LNG运输船和气体运输船总计消耗了大部分的LNG燃料 ( 比例均在93%以上 )，尤其是LNG运输船占据了绝大部分，消耗比例逐年增长，2022年更是达到近90%，而气体运输船呈逐年下降的趋势，消耗量越来越小，2022年更是降至不到4.5%；集装箱船的LNG燃料消耗比例逐年增长，但在LNG燃料总消耗量中的比例仍然偏小，2022年仅为2.85%；液货船在2022年的LNG燃料消耗比例仅次于LNG运输船、气体运输船、集装箱船，而这四种船型消耗了绝大部分的LNG燃料；除这四种船型外的其他船型消耗的LNG燃料很少，尤其是冷藏货船、兼用船无LNG燃料消耗。以上结果表明，LNG燃料的消耗与船型相关性很强，主要集中在LNG运输船和气体运输船，这是由船型自身特性决定的，因为这两种船型使用LNG燃料具有先天优势。

表3  2019—2022年各船型LNG燃料消耗量占比    单位：%

 2.LPG燃料与船型相关性

与LNG燃料相比，LPG燃料消耗量要少很多。从统计数据来看，LPG燃料的消耗与船型相关性很强，2022年气体运输船消耗了绝大部分的LPG燃料，液货船有少量消耗，但LNG船无LPG燃料消耗。

 3.甲醇燃料与船型相关性

甲醇燃料的消耗量较少，目前还不具有代表性。但从统计数据来看，甲醇燃料的消耗与船型相关性很强，2022年液货船消耗了绝大部分的甲醇燃料，滚装客船有少量消耗，而除这两种船型外的其他船型无甲醇消耗。

 4.其他类型燃料与船型相关性

2022年报告的乙烷消耗量全部集中在气体运输船。

2021年的乙醇消耗全部由杂货船报告；而2022年杂货船报告了绝大部分的乙醇消耗，气体运输船有少量消耗，而除这两种船型外的其他船型无乙醇消耗。

在其他燃料 ( 如生物柴油等 ) 报告项目下，2022年集装箱船的消耗比例最多，为85.92%；杂货船、滚装货船 ( 车辆运输船 )、液货船和散货船的消耗比例分别为3.77%、3.27%、2.47%、1.15%；其他的船型亦有少量消耗。

可以看出，其他类型燃料的消耗与船型相关性很强。但由于其他类型燃料的消耗量总体上较少，还不具有普遍代表性。

 五、总结及展望

 ( 一 ) 总结

在船舶温室气体减排政策和规则驱动下，替代燃料的在船应用面临前所未有的机遇和挑战。5 000总吨及以上国际航行船舶产生约85%的国际航运二氧化碳排放总量，这些船舶的燃料消耗情况可代表国际航运业的燃料消耗状况。本文基于IMO数据收集机制，结合有关替代燃料的政策和规则要求，整理分析5 000总吨及以上国际航行船舶替代燃料的消耗情况。

目前IMO DCS是根据燃料化学成分和船端使用情况来区分燃料类型的，不考虑全生命周期GHG强度和生产来源。为保障替代燃料的在船安全应用，IMO正在逐渐形成替代燃料应用技术导则体系。替代燃料数据分析结果表明，LNG是主要的替代燃料，占据了95%以上的消耗量，其他替代燃料均有在船应用，但规模较小，尚处于发展初期阶段，各种替代燃料均具有很强的船型相关性。

 ( 二 ) 展望

由于替代燃料的应用与船型相关性很强，IMO关于“应用零或近零GHG排放技术、燃料和/或能源占国际航运所使用能源至少5%”的目标，可能由一些典型船型引领实现。

在船舶温室气体减排政策和规则驱动下，预计替代燃料的在船应用会逐渐成熟，消耗量将呈爆发式增长。目前IMO关于零或近零GHG排放燃料尚没有明确定义。未来随着LCA导则框架的完善及燃料全生命周期GHG强度数据默认值和实际值的收集，预计DCS中的燃料数据收集项目将会细化和增加，而不依赖于MEPC.364 ( 79 ) 号决议中的划分方法，以为分析IMO船舶GHG减排状况提供支撑。

参考文献：

[1] 张爽.IMO 2023年船舶温室气体减排战略全面引领新未来[J].中国船检,2023(8):11-15.

[2] 邢辉,李想.船用替代燃料应用进展[J].世界海运,2023(2):16-24.

[3] 甘少炜.新能源和替代燃料船舶发展现状与展望[J].交通运输部管理干部学院学报,2023(4):32-35.

[4] 张英,薛树业.基于数据收集机制的国际航行船舶燃油消耗数据分析[J].世界海运,2023(5):14-21.

作者简介：

薛树业，上海海事大学商船学院、船舶能效数据中心，工程师。

李帅，洋山港海事局，船舶安全检查中心副主任。

*本论文得到上海市科技计划“上海船舶智能运维与能效监控工程技术研究中心”项目资助，项目编号：20DZ2252300。

本文刊发于《世界海运》2024年第5期，转发须注明作者和原文出处。