我國控制國際航行船舶氮氧化物排放所面臨的問題

彭傳圣

【摘 要】 為有效減少國際航行船舶氮氧化物排放，助力我國環(huán)境空氣質(zhì)量改善，介紹船舶排放氮氧化物的來源和控制方法，闡述《國際防止船舶造成污染公約》中有關(guān)船舶氮氧化物排放控制條款，指出我國控制國際航行船舶氮氧化物排放所面臨的問題，提出若要有效減少國際航行船舶氮氧化物排放，則需要在接受并實(shí)施有效的激勵政策、設(shè)立公約認(rèn)可排放控制區(qū)、推動公約控制船舶氮氧化物減排規(guī)則完善等方面有所突破。

【關(guān)鍵詞】 氮氧化物;《國際防止船舶造成污染公約》;排放控制區(qū);環(huán)保船舶指數(shù)（ESI）

氮氧化物不僅危害人體健康，而且還是破壞環(huán)境、形成酸雨和光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)。在改善環(huán)境空氣質(zhì)量的進(jìn)程中，如何減少氮氧化物排放已經(jīng)成為全球港口城市共同面臨的問題。研究表明，大量氮氧化物的存在是造成我國城市，特別是北方城市霧霾天氣的主要原因之一;因此，要減少船舶大氣污染物排放對空氣質(zhì)量的影響，不僅要降低船用燃油硫含量來減少船舶硫氧化物排放，而且還要通過立法來推動船舶氮氧化物減排。

在船舶排放控制區(qū)政策發(fā)展和完善的過程中，我國致力于進(jìn)一步加大對船舶氮氧化物的排放控制力度[1]，但是針對國際航行船舶的氮氧化物排放控制，無論是制定政策還是實(shí)施政策均面臨諸多問題。本文在介紹船舶氮氧化物的來源和控制方法的基礎(chǔ)上，闡述《國際防止船舶造成污染公約》（《MARPOL公約》）中有關(guān)船舶氮氧化物排放控制的條款，分析我國控制國際航行船舶氮氧化物排放所面臨的問題。

1 船舶氮氧化物來源和控制方法

1.1 來 源

船舶使用燃料油或液化天然氣（LNG）等化石燃料產(chǎn)生動力或熱量，同時產(chǎn)生氮氧化物。鑒于船舶使用化石燃料產(chǎn)生動力或熱量的狀況短期內(nèi)難以有效改變，控制以化石燃料為動力的船舶排放氮氧化物是項長期工作。

1.2 控制方法

船舶動力系統(tǒng)單位功率產(chǎn)生的氮氧化物排放量主要取決于發(fā)動機(jī)控制燃料產(chǎn)生動力的方法、發(fā)動機(jī)后處理系統(tǒng)的性能以及發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)后處理系統(tǒng)的匹配情況，燃料類型及燃料油的硫含量等燃料本身的質(zhì)量特性對其影響相對較小。

控制船舶氮氧化物排放的方法有：（1）使用不產(chǎn)生氮氧化物的燃料作為船用動力，如蓄電池、燃料電池或核動力等;（2）對使用燃料油或LNG等常規(guī)化石燃料的船舶，運(yùn)用油水乳化技術(shù)（僅使用燃料油時）、船用發(fā)動機(jī)機(jī)內(nèi)優(yōu)化技術(shù)及濕空氣動力技術(shù)等，可在一定程度上減少氮氧化物的產(chǎn)生;（3）使用發(fā)動機(jī)氮氧化物后處理技術(shù)，如廢氣再循環(huán)、選擇性催化還原等技術(shù)，搜集并處理發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的氮氧化物，可大幅度減少船舶氮氧化物的排放。

受電池容量、燃料供應(yīng)及使用成本等的制約，當(dāng)前實(shí)際使用蓄電池、燃料電池動力的船舶很少，更沒有使用核動力的民用船舶;因此，控制氮氧化物排放主要采用第2和第3種方法。

如果以《MARPOL公約》對船舶發(fā)動機(jī)氮氧化物排放控制要求為基準(zhǔn)，那么使用燃料油作為動力的船舶，如應(yīng)用油水乳化技術(shù)、機(jī)內(nèi)優(yōu)化技術(shù)和濕空氣動力技術(shù)分別可以減少最多30%、40%和65%的氮氧化物排放，如應(yīng)用廢氣再循環(huán)技術(shù)和選擇性催化還原技術(shù)進(jìn)行后處理，可以分別減少最多80%和90%的氮氧化物排放。

僅依靠油水乳化技術(shù)、機(jī)內(nèi)優(yōu)化技術(shù)或濕空氣動力技術(shù)來控制氮氧化物減排所需資金投入不少，但減排效果有限，難以滿足《MARPOL公約》對船舶更進(jìn)一步（第3階段）減排氮氧化物的要求;后處理技術(shù)的氮氧化物減排效果好，但其投入成本更加高昂。

通常認(rèn)為，使用LNG發(fā)動機(jī)的船舶可大量減少污染氣體的排放，其實(shí)并不盡然。這類船舶氮氧化物減排的效果因發(fā)動機(jī)機(jī)型、點(diǎn)火方式和進(jìn)氣方式的不同而差異很大。使用LNG的雙燃料發(fā)動機(jī)氮氧化物排放的多少與發(fā)動機(jī)的性能和控制有關(guān)，其中最重要的是空氣燃料比的控制。如果空氣燃料比控制得當(dāng)，與柴油機(jī)相比，雙燃料發(fā)動機(jī)氮氧化物排放量可降低70%～80%;但如果不能實(shí)現(xiàn)空氣燃料比的精確控制，其氮氧化物排放量可能達(dá)到很高的數(shù)值，甚至高于普通柴油發(fā)動機(jī)的氮氧化物排放量。

以LNG取代燃料油作為船舶動力燃料，必須使用價格昂貴的LNG發(fā)動機(jī)，或者使用發(fā)動機(jī)后處理技術(shù)才能獲得氮氧化物大幅減排的效果，但這種做法成本高昂。此外，鑒于單位體積LNG燃燒釋放的能量僅僅相當(dāng)于同樣體積燃油的55%左右，如果所有能夠為船舶加裝燃油的港口都能夠加注LNG，則LNG動力船舶要與燃油動力船舶保持同樣的續(xù)航力，其船上燃料儲存空間需求約是燃油動力船舶的2倍;如果不是所有能夠為船舶加裝燃油的港口都能夠加注LNG，則LNG動力船舶要與燃油動力船舶保持同樣的續(xù)航力，其船上燃料儲存空間更大，需要占用本來用于載貨的船舶容積。為追求經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)前只有極少數(shù)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者型的船舶運(yùn)輸企業(yè)可能選用LNG動力船舶，大多數(shù)船舶運(yùn)輸企業(yè)最可能選擇制造“LNG-Ready”型船舶。

2 《MARPOL公約》船舶氮氧 化物排放控制政策

國際海事組織（IMO）致力于防止、減少和控制船舶排放造成的大氣污染，在1988年召開的海上環(huán)境保護(hù)委員會（MEPC）第26屆會議上批準(zhǔn)將挪威提出的防治船舶排放污染大氣問題作為MEPC的研究課題;在1990年召開的MEPC第30屆會議上通過了減少船舶氮氧化物、硫氧化物排放的目標(biāo)值和期限要求，提出2000年船舶氮氧化物排放降低到基準(zhǔn)值的70%，硫氧化物排放降低到基準(zhǔn)值的50%，并將《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》列為《MARPOL公約》的附則。1997年9月締約國大會批準(zhǔn)修訂《MARPOL公約》1997年議定書，新增附則Ⅵ，將《船用柴油機(jī)氮氧化物排放控制技術(shù)規(guī)則》作為該附則的強(qiáng)制性要求，規(guī)定所有在2000年1月1日或以后鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的船舶，所安裝柴油發(fā)動機(jī)（應(yīng)急發(fā)動機(jī)、應(yīng)急用設(shè)備及裝置除外）輸出功率超過130 kW的，氮氧化物排放應(yīng)滿足第1階段的控制要求。

2008年召開的MEPC第57屆會議批準(zhǔn)《MARPOL公約》附則Ⅵ的修正案，并發(fā)布了修訂后的船舶氮氧化物排放控制要求，明確了分階段減少船舶氮氧化物排放的要求：第2階段和第3階段的氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn)，分別適用于全球海域活動船舶和IMO認(rèn)可的氮氧化物排放控制區(qū)海域活動船舶，第2階段和第3階段船舶氮氧化物排放量分別在第1階段基礎(chǔ)上減少20%和80%。

2014年召開的MEPC第66屆會議通過修正案，規(guī)定除了要求2016年1月1日起或以后鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的、進(jìn)入北美和美國加勒比海硫氧化物和氮氧化物排放控制區(qū)活動的船舶，且其所使用的柴油發(fā)動機(jī)輸出功率超過130 kW的，氮氧化物排放應(yīng)滿足《MARPOL公約》第3階段的船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn)外，還要求以后鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的、進(jìn)入新設(shè)立的氮氧化物排放控制區(qū)活動的船舶，且其所使用的柴油發(fā)動機(jī)輸出功率超過130 kW的，氮氧化物排放控制實(shí)施時間為《MARPOL公約》規(guī)定的氮氧化物排放控制區(qū)啟用時間或者《MARPOL公約》規(guī)定的氮氧化物排放控制區(qū)啟用時間后的某個時間。

2017年召開的MEPC第71屆會議通過修正案，規(guī)定將當(dāng)時為硫氧化物排放控制區(qū)的北海和波羅的海排放控制區(qū)升格為硫氧化物和氮氧化物排放控制區(qū)，2021年1月1日起或以后鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的、進(jìn)入北海和波羅的海排放控制區(qū)活動的船舶，且其所使用的柴油發(fā)動機(jī)輸出功率超過130 kW的，氮氧化物排放應(yīng)滿足《MARPOL公約》第3階段的船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn)。

目前，全球國際航行船舶中，既有極少數(shù)不滿足《MARPOL公約》船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn)的船舶，也有滿足《MARPOL公約》各階段船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn)的船舶。其中：2000年1月1日―2011年1月1日期間鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的船舶，且其所使用的柴油發(fā)動機(jī)輸出功率超過130 kW的，應(yīng)滿足《MARPOL公約》第1階段船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn);2011年1月1日起或以后鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的、只在北美和美國加勒比海排放控制區(qū)外活動的船舶，且其所使用的柴油發(fā)動機(jī)輸出功率超過130 kW的，應(yīng)滿足《MARPOL公約》第2階段船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn);2016年1月1日起或以后鋪設(shè)龍骨新造或進(jìn)行重大改裝的、需要到北美或者美國加勒比海硫氧化物和氮氧化物排放控制區(qū)活動的船舶，所使用的柴油發(fā)動機(jī)輸出功率超過130 kW的，應(yīng)滿足《MARPOL公約》第3階段船舶氮氧化物排放限制標(biāo)準(zhǔn)。

3 我國控制國際航行船舶氮氧 化物排放所面臨的問題

在當(dāng)前可行的控制船舶氮氧化物排放的方法中，機(jī)內(nèi)優(yōu)化技術(shù)效果有限。此外，無論是以LNG替代燃油還是安裝后處理設(shè)備，成本都很高，這使得以追求經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的船舶運(yùn)輸企業(yè)難有主動性和積極性去應(yīng)用氮氧化物減排技術(shù)。如果希望船舶采取有效的進(jìn)一步減排氮氧化物的措施，只有采用港口或港口所在城市犧牲經(jīng)濟(jì)利益換取船舶減排氮氧化物的激勵措施，或者按照《MARPOL公約》的思路設(shè)立氮氧化物排放控制區(qū)，強(qiáng)制船舶減排氮氧化物。采用激勵措施的港口，以環(huán)保船舶指數(shù)（ESI）為依據(jù)，對已采取大氣污染物和溫室氣體減排措施并超出基本要求的靠港船舶給予獎勵。后者典型的代表是北美建立的硫氧化物和氮氧化物排放控制區(qū)。

3.1 應(yīng)用ESI

ESI由國際港口協(xié)會（IAPH）制定，用來描述海運(yùn)船舶氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳排放情況。ESI分值在0～100，其中，0分表示船舶僅符合現(xiàn)行環(huán)境法規(guī)，100分表示船舶零排放?，F(xiàn)行船舶ESI分值IES計算方法如下：

IES=IN + IS + IC + I岸電

= EN + ?ES + IC + I岸電

式中： IN為氮氧化物指數(shù)值; IS為硫氧化物指數(shù)值;IC為二氧化碳指數(shù)值，每半年報告燃油消耗和航行距離得5分，報告期相較于基準(zhǔn)期能源利用效率增加的百分比作為相應(yīng)的加分值，總分上限為15分; I岸電為岸電附加分，如果船上配置了岸電受電裝置，得10分;EN為氮氧化物排放評價計分，是船上所有主機(jī)和副機(jī)的氮氧化物排放值優(yōu)于《MARPOL公約》相應(yīng)的排放限制標(biāo)準(zhǔn)的百分比，按照其額定功率加權(quán)平均的結(jié)果評分，滿分為100分;ES為硫氧化物排放評價計分，是船上使用各類燃油（A類硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） 0.5%～3.5%的重質(zhì)燃料油、B類硫含量0.1%～0.5%的船用柴油和C類硫含量0%～0.1%的低硫燃料油）評價得分之和。船舶使用各類燃油的實(shí)際硫含量處于該類燃油硫含量上限的得0分，處于下限的得滿分，處于下上限之間的按差值得分，A類、B類和C類燃油的滿分分別為30分、35分和35分，硫氧化物排放評價計分滿分100分。

ESI分值充分考慮了減排氮氧化物的要求，以此推動船舶采取選用排放性能好的發(fā)動機(jī)、配置后處理系統(tǒng)及靠港使用岸電等措施。

目前全球包括鹿特丹港、安特衛(wèi)普港、漢堡港、洛杉磯港、溫哥華港、東京港、釜山港等在內(nèi)的53個港口或機(jī)構(gòu)，依據(jù)靠港船舶的ESI值對船舶進(jìn)行相應(yīng)的獎勵。

當(dāng)前我國港口還沒有采用這種激勵措施，原因在于我國《大氣污染防治法》第3條第2款規(guī)定“地方各級人民政府應(yīng)當(dāng)對本行政區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量負(fù)責(zé)，制定規(guī)劃，采取措施，控制或者逐步削減大氣污染物的排放量，使大氣環(huán)境質(zhì)量達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)并逐步改善”。該項規(guī)定強(qiáng)調(diào)了地方政府在環(huán)境保護(hù)、改善大氣質(zhì)量方面的責(zé)任。對地方政府而言，需考慮是否有用于治理船舶大氣污染的經(jīng)費(fèi)，即使有此項經(jīng)費(fèi)，鑒于動用財政資金獎勵國際航行船舶的審批程序相對復(fù)雜，自然也難有實(shí)質(zhì)性動作。

3.2 設(shè)立排放控制區(qū)

鑒于申請設(shè)立排放控制區(qū)需要經(jīng)歷約40個月的較長周期，為了能夠盡快減少船舶氮氧化物排放，助力我國環(huán)境空氣質(zhì)量改善，我國船舶排放控制區(qū)是基于《大氣污染防治法》而設(shè)立的，與《MARPOL公約》認(rèn)可的排放控制區(qū)效力存在差別，其表現(xiàn)在：一方面，我國設(shè)立的排放控制區(qū)范圍局限在我國具有管轄權(quán)的領(lǐng)海及內(nèi)水水域;另一方面，我國作為《聯(lián)合國海洋法公約》締約國，國際航行船舶在我國領(lǐng)海范圍內(nèi)需要執(zhí)行“無害通過權(quán)”。《聯(lián)合國海洋法公約》第21條規(guī)定“沿海國制定關(guān)于無害通過領(lǐng)海的法律和規(guī)章，這種法律和規(guī)章除使一般接受的國際規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)有效外，不應(yīng)適用于外國船舶的設(shè)計、構(gòu)造、人員配備或裝備”。因此，盡管我國設(shè)立的排放控制區(qū)范圍局限在領(lǐng)海和內(nèi)水水域，我國也不能對其他國家的國際航行船舶提出進(jìn)一步減排氮氧化物的要求。