在航运温室气体减排政策要求和能源绿色转型趋势的推动下,近年来业界围绕各种船用绿色能源开展了不同程度的研究和实践。各种不同的绿色能源在船舶的应用前景与其可供性、经济性、技术成熟度、环境适应性以及法规完备性等密切相关,有必要对LNG、LPG、甲醇、生物燃料等低碳能源以及氢、氨、核能等零碳能源的船用适应性及应用前景进行分析。

低碳能源

1、液化天然气(LNG)。从LNG作为船用燃料角度而言,随着全球LNG动力船队规模的扩大,西欧、北美、东亚等地区正在加快建设配套LNG加注设施,船用LNG燃料的加注便利性将逐步提高。船舶应用天然气燃料相关的国际规则、国家/地区性法规、船级社规范、行业标准等已基本建立。总体而言,采用LNG燃料是航运业满足中期温室气体减排目标最现实可行的选择。从长远来看,基于化石LNG不能满足航运业长期减排目标,制取途径需要转向生物质和可再生电力。

2、液化石油气(LPG)。目前全球LPG市场基本处于供需平衡状态,产销量基本稳定在3.2亿吨左右,主要用于工民用燃料以及化工原料市场。船舶应用LPG燃料相关的国际规则正在发展中,2023年IMO将发布船舶应用LPG燃料暂行指南。以货物为燃料的LPG运输船新造和改造项目正在推进,预计未来LPG燃料的应用仍然将以LPG运输船市场为主。

3、甲醇。2022年全球甲醇产能达到约1.5亿吨,全球范围内已有许多港口及码头建立了甲醇存储、分销基础设施,从生产、分销乃至未来的加注来说,甲醇作船用燃料都具备良好的可供性。甲醇燃料可实现温室气体减排约6%～10%,采用后处理或甲醇加水乳化技术后,NOx排放可满足IMO Tier III要求。国际上已制定《甲醇/乙醇燃料船舶安全暂行指南》,国内即将出台相关法规,安全性可以保障。但就实际而言,仍需考虑甲醇价格、燃料舱舱容等因素对经济性的影响,同时还需加强甲醇加注设施建设。此外,未来要实现零碳或碳中和目标,甲醇的制取途径要从化石能源转向可再生能源。

4、生物燃料。目前有一定应用经验和比较受关注的生物燃料主要是生物柴油,包括脂肪酸甲酯(FAME)和氢化植物油(HVO)等,均属于“即用型燃料”(Drop-in fuel)。生物燃料的温室气体排放量主要取决于其生产原料和生产工艺,通常需要从全生命周期评价其减排效果。未来, LNG、甲醇等燃料的制取来源将从化石原料向生物质原料发展,生物LNG、生物甲醇等也有一定应用前景,但同样需要解决产量和价格方面的问题。

零碳能源

1、氢。氢能将是船舶实现“零排放”目标的重要解决方案之一。未来要实现全生命周期的零排放,制氢途径要从化石能源转向可再生能源。国际上,IMO正在制定《船舶使用燃料电池发电装置安全临时导则》。在国内,中国船级社编制的《船舶应用燃料电池发电装置指南》于2022年7月正式对外发布,这些规范标准使得氢能船舶开始有标准可依,保证了氢能船舶与传统能源船舶处于同一安全水平下。同时,CCS编制的E23《氢燃料电池》产品检验指南、B07《氢气瓶》产品检验指南、M28《重整装置》产品检验指南于2022年4月14日发布。上述指南的发布加快了国内氢燃料电池产品在船舶上应用的步伐。

2、氨。目前船用氨燃料发动机和氨燃料电池的研究及应用均处于起步阶段。由于氨具有一定毒性,《国际散装液化气体船舶构造与设备规则》(IGC规则)规定属于有毒货品的货物不允许用作燃料,因此在目前IGC规则框架下,液氨运输船不允许以货物作燃料;《使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规则》(IGF规则)方面,目前适用的燃料也不包括氨燃料。在国内,中国船级社编制的《船舶应用氨燃料指南》于2022年6月正式对外发布。整体来说,氨作为船舶燃料目前在技术法规方面需要补充完善。

3、核能。核动力船舶在核燃料供应方面并无大的障碍,在技术上也是可行的,在环保性方面具有巨大优势,基本上可实现所有船舶大气污染物和温室气体零排放,但在经济性方面存在局限性,对大部分民船来说其经济性不乐观。需要特别注意的是,核动力船舶在安全性方面存在的较大风险,尽管成熟的技术可大大提高抵抗核泄漏和核污染危害的能力,但港口或海上的意外(如操作、维护失误)或有意行为(如恐怖袭击)引起的核泄漏事故会带来难以承受的安全隐患。随着核反应堆技术的安全性不断提高,以及港口监管措施逐步完善,核动力在功率要求较高的破冰船、挖泥船和大型货船(如VLCC、VLOC、ULCS)上将具有一定应用前景。