图片马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心首席技术官Claus Winter Graugaard先生

近年来,探索以氨为代表的替代燃料方案已经成为行业减排先行者的关注重点。为研究氨燃料应用商业模式,加快实现向零排放航运过渡,马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心(Mærsk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping)、气体运输船公司BW Epic Kosan、DNV、全球海事论坛(Global Maritime Forum)、曼恩能源方案(MAN Energy Solutions)、雅苒(Yara)以及瓦锡兰(Wärtsilä)等价值链关键参与者于2020年组建了一个联盟,共同启动了北欧绿色氨动力船舶(NoGAPS)项目,旨在开发22000立方米零排放氨动力气体运输船“M/S NoGAPS”,用于在北大西洋和西北欧水域从事氨气运输服务。根据该项目第一阶段得出的结论,氨燃料蕴藏着巨大的脱碳潜力,而氨气运输船则是展示这种潜力的一个合适的起点。无论是技术因素还是相关的监管审批都不会对“M/S NoGAPS”号投运构成重大障碍。

NoGAPS项目从2022年进入第二阶段,在马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心的主导下,基于第一阶段的研究成果,开启了船舶设计工作。今年3月底,联盟发布了一份可行性评估报告,揭晓了该船的初步设计概念,并总结称:“NoGAPS项目的方法和经验可以直接应用于氨燃料气体运输船设计开发项目。总体设计、操作和安全方面的考虑也可以用于评估其他船型。”近日,在接受本刊专访时,马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心船上解决方案首席技术官Claus Winter Graugaard进一步介绍了NoGAPS项目已经取得的研发成果、未来规划以及中心的替代燃料路径研发理念,并分享了他对氨燃料船舶设计难点和对策、氨燃料应用安全以及EU ETS等法规对氨燃料应用的影响等问题的深入见解。

问:NoGAPS项目第二阶段正在取得积极进展,请您介绍一下,“M/S NoGAPS”号选择在北大西洋和西北欧水域运营是基于哪些方面的考虑?

答:NoGAPS项目是我们几年前启动的,当时关于氨用作燃料的讨论还处于早期阶段。我们研究了如何与船东和可持续绿氨生产商组成一个联盟,并与技术开发商、发动机制造商和船级社建立合作,确保实现有效的风险管理。从一开始我们的目标就是既要通过该项目完成设计和建造安全、可行的氨动力氨气运输船的技术设计论证,同时也要将可持续商业论证纳入其中。我们所处的价值链已经具有开始建立生产和运输绿氨的供应链的真切意愿,同时也看到了将氨用作船舶低碳燃料,并将商业论证与船东、租船人、氨气生产商以及技术设计论证联系起来的价值。如此,我们或多或少地拥有了一个完整的商业生态系统,从而能够从技术和商业角度来实现氨燃料应用。

在这个意义上,我们还分析了部署氨动力船舶的船型选择。事实上,我们讨论了应该部署哪种类型的船舶,不过很明显,在项目合作方中有氨气生产商和LPG运输商的情况下,首先着眼于能够运输氨气的LPG运输船合情合理。然后,我们又研究了氨气运输船的典型贸易模式。雅苒作为当今世界上最大的氨气生产商之一,在氨气贸易航线上拥有非常丰富的经验,而这也被我们用来确定这艘氨动力船舶最适合部署在哪一区域。根据我们所做的关于该船最理想的部署地点的可行性预评估,该地区要能获取首批绿色氨燃料供应,并且具有正常的氨气产品贸易模式,北大西洋和西北欧水域刚好符合这些条件。

问:据了解,NoGAPS项目第二阶段将从2022年持续到2025年,接下来三年的项目规划是怎样的?

答:该项目在很大程度上即将结束。在船舶设计工作包1中,我们致力于研发合格的氨燃料船舶设计,使之能够安全、高能效地部署氨燃料,有关细节可参见我们最近发布的可行性评估报告。在工作包2中,我们将致力于实现项目的商业化,使其从设计阶段进入新造船合同阶段。NoGAPS刚刚获得了DNV的原则性认可(AIP),现在船舶设计基本上已经准备好了,船东可以去找船厂明确新造船规格,为之后签订造船合同打下基础。这就是我们下一阶段的工作,我们将继续推进整个项目包,并在今年6月推出一份技术报告。目前,我们正在着手完成主要报告的定稿,该报告也会探索将志同道合的合作伙伴汇聚到一起为部署这类新型船舶做出长期承诺的商业案例。

工作包3将侧重于宣传和营销,为行业提供实际指导和有关氨用作燃料的启发。主要报告将于今年夏天完成。这意味着整个项目已基本完结,下一步就是要使其从桌面走向实践,在做好准备工作的基础上,向船厂询价,然后顺利地敲定新造船合同。在得到对项目有兴趣的船东和租船人的承诺后,我们将启动新船建造。从现实角度来看,我们认为“M/S NoGAPS”号作为一个先行者项目有可能在2025年下水。

问:“M/S NoGAPS”号设计面临的主要难点是什么?如何解决的?

答:确实,当我们面对一个需要使用氨作为燃料的新型船舶设计时,有几方面的因素需要关注。首先是部署像氨这类有毒性的替代燃料时需要做出的考虑。我们要思考如何能在设计中将安全保障措施尽可能做到最好,以确保燃料供应系统和机舱布局等都能按照最佳安全标准建造,保证船上没有人会受到伤害。氨燃料安全一直是一项巨大的挑战,在船舶设计中融入安全要素也是重要的优先事项。而这都建立在大量的风险评估工作之上,此外,马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心和DNV在氨气安全方面均具有雄厚的经验,两家机构在该领域的风险情报都在此设计中得到了运用,从而帮助我们做出正确的选择来控制氨燃料的毒性风险。

其次是使用绿氨作为替代燃料时,如何设置燃料容量才能实现设计最优化。对此,我们进行了大量的讨论,我们研究了船舶的续航,需要多大的燃料舱容才能最优化船舶设计和操作灵活性。我们还研究了船上不同的发动机解决方案:在氨-电推进系统中使用四冲程发动机或者在直接推进系统中使用二冲程发动机。我们深入分析了此类船型的贸易和运营状况,基于对不同推进方案的比较评估,我们得出结论,二冲程发动机配置是最适合该船设计及其安全论证的理想方案。这主要是因为二冲程发动机方案的油耗和排放均比较低,而且有助于简化安全概念,船上只有一个氨燃料消耗源,可最大限度地发挥氨燃料的减排潜力。

最后我还想提到的一点是,该船的能效也非常重要,这关系到能否从船体优化和装备船舶的技术选择等方面建造出能效表现最合格的船舶。我们在船舶能效优化方面也做了大量工作,相关成果将呈现在最终的设计建议中。

问:船上应用氨燃料的安全风险是业界关心的一大问题。业界可以从哪些方面来进一步提升氨燃料应用安全?请您提供一些建议。

答:这个问题实际上刚好与我们中心正在进行的另一个重大项目联系起来了,即氨燃料安全研究。我们正在通过该项目开展大量的风险评估工作,已经研究了多种船型设计,不仅仅是NoGAPS项目,还有集装箱船、散货船和油轮,力图确定氨燃料在这些船型上应用的安全风险和所需的应对措施,以期降低氨燃料上船的风险。NoGAPS对于我们开展真正、详尽的船舶设计项目作用很大,我们借此得以了解如何以最佳方式将这些安全解决方案纳入成熟的设计中。在安全方面我们得出了以下要点。首先,对于让船员在燃料气体供应系统或燃料准备室等氨设备附近工作,需要非常谨慎。我们应当尽量避免将氨处理设备放在主机舱内,这样才能方便将其控制在独立的区域内,并尝试通过适当的通风和隔离舱来减少人员在这些区域附近实际的暴露和工作时间。

其次,我们也可以从LNG等其他类型的气体燃料应用中借鉴良好的经验指南。举个例子,我们已经了解到双壁管这类风险冗余解决方案对于氨燃料船舶也非常重要,可以确保多一层安全边界。安装警报器和传感器也是一种确保安全的重要措施,有了此类装置,如果船上任何设备出现氨泄漏或者有毒气体逸出,船舶就能探测得到,并尽早向船员发出警报,便于他们逃生。

最后,还有一个重要问题需要提及,那就是人的因素。船上的船员需要接受特殊培训,提升能力,从而提高对船上的燃料不再是燃油而是氨这类有毒石油化学产品这一事实的认知,并且对此能够合理地应对和处理。技能提升、职业健康和船上船员的安全管理,所有这些与人的因素有关的方方面面都和技术措施同等重要。

问:除了NoGAPS项目之外,近期马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心还联合启动了氨燃料加注可行性研究,在您看来,这类先行者项目对于促进替代燃料应用、加速航运脱碳进程有何重要意义?

答:的确,我们也在开展加注项目研究,探索在诸如欧洲主要港口鹿特丹港等地区实施氨燃料加注的许可程序。我们正在进行定量风险评估,以期明确如何使相关文档和流程得到地方政府和港口当局的批准,这也是氨加注许可程序的一部分。该项目研究成果将促成基于船对船操作的氨燃料加注实船示范,如此我们就可以利用理论成果来指导开展安全、可控的氨燃料加注。我们希望推出一份指南,为监管机构、港口当局和船舶运营商提供有关在受控环境中进行安全氨燃料加注的建议,示范活动可为该指南的研制奠定基础。

问:根据现有的研究成果,您认为船舶氨燃料应用大概会在什么时间点出现实质性的突破?

答:我们的预期是,在未来几年内,或者更具体地说是在2025年,我们将看到第一艘氨燃料示范船开始下水。鉴于目前能够燃烧氨燃料的发动机还处于制造商测试和示范的重要阶段,因此,我们预计要到2025年左右才能看到第一台氨燃料发动机在船上实现应用,而且氨燃料示范船也还需要几年的时间才能推出,这类船舶如果要起航,其发动机需要能够良好运转,提供可靠的服务,以证明氨用作船舶燃料的可靠性。

我们还需要在实践中证明在海上应用氨燃料的实用可行性。这项工作可能会花费数年时间,在2025至2028年间完成,此过程可供行业慢慢积累更广泛的经验。实船示范活动对于行业生态系统中的安全监管机构、船级社、发动机制造商、船厂、船舶设计单位和船东等各个参与方开始采用氨燃料相关解决方案、建立知识共享和经验积累极为重要。因此,我们预计从2028年开始,随着氨动力双燃料解决方案得到充分发展,会有大量新造氨燃料商船出现。预期2020年代末氨燃料会实现大规模应用。如果一切进展顺利,发动机能够正常运转,并且结果证明可靠,安全论证也坚实稳固,那么我们预计从2028年开始,氨作为一种潜在燃料的应用速度将大大加快。

问:IMO CII法规即将生效,近期FuelEU Maritime临时协议初步确定,欧洲议会也已投票决定将航运业纳入EU ETS,您如何看待这些法规进展对于船舶氨燃料应用的影响?

答:我认为这些法规进展实际上可以带来积极的影响和支持。事实上,我们从现在开始可以看到碳排放会面临惩罚,目前欧盟碳排放配额的交易价格约为每吨二氧化碳100欧元,这当然会是改变游戏规则的金融机制之一,在此机制下燃烧化石燃料造成的排放将付出更高成本。试想一下,我们的NoGAPS项目在欧元区实现运行,如果燃烧燃油的话,每吨燃油将面临三吨二氧化碳排放的惩罚,也就是说每燃烧一吨燃油就需要缴纳300欧元的罚款,而我们使用氨燃料就可以节省这笔费用。由此可见,该法规有助于缩小我们所预期的在这种程度上氨燃料相比于传统燃料的额外成本的部分差距。

问:据近期的一项调查显示,许多航运公司认为未来船队将采用多种类型的燃料运营。这意味着未来船舶需要采用多燃料预留设计以便在多种燃料之间转换吗?

答:根据我们的预期,并不会有太多船东采用多燃料运营。生物燃油、甲醇、甲烷和氨等替代燃料都是同样重要的减排路径,都可以促使低碳和零碳燃料在船上实现应用。然而,不同类型的替代燃料都有着各自不相同的物理边界条件,在储存方式、处理方式、安全论证和需要注入这些燃料的发动机等方面,它们所应用的技术有着很大的区别。因此,在能源系统的转型中可能会更多地用到双燃料解决方案,而且我们将看到,在很长一段时间内,船东仍然可以选择燃烧传统燃油或轻柴油,同时也能燃烧氨、甲醇或甲烷,他们可以在两种不同的燃料之间转换,但要在船上使用多种类型的燃料来实现多种组合搭配,在现实中是不太适合的,代价会很高而且处理起来非常复杂。

问:马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心是如何帮助业界更好地理解和部署氨动力船舶的?

答:中心正在采取大量行动促进替代燃料方案的应用,不仅仅是氨。我们正在积极探索并推动各类替代燃料减排路径成熟,包括生物燃油、甲醇、甲烷以及氨,解决各种阻力和障碍,无论是技术上、监管上的还是政策上的问题。中心也一直在与大型组织以及整个行业生态系统建立合作伙伴关系,研究创新解决方案为替代燃料路径赋能,加速替代燃料的大规模应用,使航运业在现有发展的基础上尽可能快地走向低碳未来。

所以说,我们不仅在技术领域研发基于科学的解决方案,同时也在监管领域发力,利用我们在多元知识项目、船舶设计项目以及燃料和能源项目中获得的专业知识,向监管者、政策制定者和商业决策者提供建议,助力他们做出可持续的最佳选择,同时我们也从全生命周期的角度开展所有项目,保证了项目的可靠和可行性。在与IMO的合作及其支持下,我们提出了全生命周期方法论,确保所有解决方案的分析都覆盖到从燃料生产到上船(well to tank)以及从使用到排放(tank to wake)的全过程。这意味着,当我们以燃料从生产、运输再到燃烧和排放全生命周期(well to wake)的角度来选择在船上应用一种燃料和技术时,这种解决方案的总体排放是符合可持续要求的。

受访者简介

Claus Winter Graugaard有着25年的海运业从业经验,在全球范围内担任过多个技术和管理职务。2020年起担任马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心船上解决方案首席技术官。加入该中心之前,他曾有7年在J. Lauritzen / Lauritzen Kosan公司担任高级副总裁兼船队管理主管的经历,并且曾在挪威船级社(DNV)担任过多个重要职务,积累了14年专业资历。此外,他还有造船咨询经验。他曾就读于丹麦技术大学和苏格兰思克莱德大学,取得了造船学士学位,并在西班牙IESE商学院接受有关高级管理课程的高管教育。