二氧化碳運(yùn)輸船也要“擴(kuò)容”？你準(zhǔn)備好了嗎

本刊記者 趙蕓

中國(guó)船舶集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究中心 苗靜

2020年,國(guó)際能源署(IEA)發(fā)布《清潔能源轉(zhuǎn)型中的碳捕集封存與利用(CCUS)》報(bào)告指出，能安全可靠地運(yùn)輸二氧化碳的基礎(chǔ)設(shè)施的可用性是成功部署CCUS的必備要素。目前看，除了管道以外，船舶是目前大規(guī)模運(yùn)輸二氧化碳的主要選項(xiàng)。全球海事界認(rèn)為，碳捕捉和儲(chǔ)存(CCS)能對(duì)全球航運(yùn)業(yè)的減排戰(zhàn)略作出重大貢獻(xiàn)，因此，安全高效地運(yùn)輸液化二氧化碳將是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。

近年來(lái)，新一代液化二氧化碳運(yùn)輸船的發(fā)展不斷加速著CCS技術(shù)的創(chuàng)新和采用，并促進(jìn)零碳排放戰(zhàn)略的實(shí)施。當(dāng)越來(lái)越多的船企和研發(fā)團(tuán)隊(duì)加入到提供新的運(yùn)輸解決方案以促進(jìn)全球碳中和的時(shí)候，液化二氧化碳運(yùn)輸船開始成為CCS整體價(jià)值鏈中的重要一環(huán)。

隨著CCS成為零碳戰(zhàn)略的基石，液化二氧化碳運(yùn)輸船的“面目”也變得不再神秘。但關(guān)于如何大幅提升船舶二氧化碳載運(yùn)容量，以及隨之而來(lái)的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和貨物處理方面的獨(dú)特挑戰(zhàn)，已經(jīng)正式擺在了所有人的面前。

哪些船企，蜂擁而至？

據(jù)悉，通過(guò)船舶將二氧化碳運(yùn)輸?shù)胶Ｉ戏獯嬖O(shè)施具有更大的靈活性，特別是在具備多個(gè)海上接收設(shè)施的情況下。隨著二氧化碳捕集量的增長(zhǎng)，在某些情況下，船舶運(yùn)輸在成本上還可以與管道相媲美，尤其是長(zhǎng)距離運(yùn)輸、封存資源有限的國(guó)家可能更適合這種方式。

現(xiàn)如今，越來(lái)越多航運(yùn)公司開始打造專用的二氧化碳運(yùn)輸船隊(duì)，發(fā)展二氧化碳海運(yùn)業(yè)務(wù)。從去年開始，包括中日韓等國(guó)的不少船企都向二氧化碳運(yùn)輸船發(fā)力，各種關(guān)于二氧化碳運(yùn)輸船的研發(fā)項(xiàng)目也應(yīng)運(yùn)而生。

2022年年初，日本郵船(NYK)和挪威Knutsen公司表示，共同成立合資公司Knutsen NYK碳運(yùn)輸公司(Knutsen NYK Carbon Carriers，簡(jiǎn)稱KNCC)，開發(fā)和運(yùn)營(yíng)船舶運(yùn)輸液化二氧化碳。

2021年4月，由日本新來(lái)島造船主導(dǎo)開發(fā)的“二氧化碳運(yùn)輸船(圧入船ready)”概念設(shè)計(jì)獲得船級(jí)社原則性認(rèn)可(AiP)，這是全球首個(gè)獲得原則性認(rèn)可的液化二氧化碳運(yùn)輸船設(shè)計(jì)。5月，丹麥船東Evergas與Ultragas聯(lián)合成立了全球第一家專門從事海運(yùn)二氧化碳的航運(yùn)公司——Dan-Unity CO2，該公司將打造一批專用于二氧化碳運(yùn)輸?shù)拇?，這些船舶的載貨容量將在7500—50000立方米之間。

其實(shí)，隨著航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的任務(wù)越來(lái)越緊迫，業(yè)界對(duì)各種脫碳手段的探索力度也越來(lái)越大。

2021年5月，韓國(guó)造船海洋（KSOE）、韓國(guó)現(xiàn)代尾浦造船還與馬紹爾群島海事管理局等機(jī)構(gòu)簽署協(xié)議，將聯(lián)合開發(fā)能夠穩(wěn)定儲(chǔ)存并運(yùn)輸液化二氧化碳的船舶。該項(xiàng)目將利用現(xiàn)代尾浦造船的“C型儲(chǔ)罐”設(shè)計(jì)的改良版運(yùn)輸二氧化碳，現(xiàn)代尾浦造船負(fù)責(zé)開發(fā)貨物圍護(hù)系統(tǒng)，KSOE提供二氧化碳貨物處理系統(tǒng)，為船上液態(tài)二氧化碳貨物的管理開發(fā)實(shí)用的解決方案。

2021年8月，中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司旗下江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司推出了“零碳”型氨燃料液化二氧化碳運(yùn)輸船設(shè)計(jì)方案。該型船由江南造船獨(dú)立研發(fā)設(shè)計(jì)，滿足氨燃料Ready的設(shè)計(jì)要求，配置有3500立方米氨燃料儲(chǔ)罐，可實(shí)現(xiàn)全航程“零碳”運(yùn)行，在碳運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)真正實(shí)現(xiàn)無(wú)碳排放的目標(biāo)。同時(shí)，韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵（POSCO）與KSOE以及其他合作伙伴共同簽署了技術(shù)開發(fā)協(xié)議，宣布將在2025年前開發(fā)一艘20000立方米大型液化二氧化碳運(yùn)輸船。其中，由POSCO開發(fā)作為大型液化二氧化碳運(yùn)輸船核心的儲(chǔ)罐鋼材和技術(shù)，KSOE及旗下現(xiàn)代尾浦造船將負(fù)責(zé)開發(fā)設(shè)計(jì)和建造運(yùn)輸船所需的焊接技術(shù)。

哪些儲(chǔ)罐，需要擴(kuò)容？

隨著全球碳減排行動(dòng)逐步推進(jìn)，對(duì)于海運(yùn)液態(tài)二氧化碳的需求出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。同樣地，在減排等因素的驅(qū)動(dòng)下，越來(lái)越多新型液態(tài)氣體運(yùn)輸船進(jìn)入市場(chǎng)。業(yè)界認(rèn)為，碳捕捉和儲(chǔ)存有可能對(duì)全球航運(yùn)業(yè)的減排戰(zhàn)略作出重大貢獻(xiàn)，因此，安全高效地運(yùn)輸液化二氧化碳將是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。

第一步，船廠從提高二氧化碳運(yùn)輸船的“大”開始著手，通過(guò)增加立方米換取高效運(yùn)輸?shù)目臻g。例如，日本航運(yùn)公司商船三井(MOL)與川崎汽船(K Line)啟動(dòng)了大型二氧化碳運(yùn)輸船研究項(xiàng)目，商船三井將負(fù)責(zé)完成大型液化二氧化碳運(yùn)輸船的基本設(shè)計(jì)工作，川崎汽船將與Nippon Gas和Ochanomizu大學(xué)等合作伙伴開發(fā)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)二氧化碳長(zhǎng)距離大規(guī)模運(yùn)輸并降低其成本；2021年，韓國(guó)現(xiàn)代重工(HHI)及其母公司KSOE的40000立方米液化二氧化碳運(yùn)輸船設(shè)計(jì)獲得了船級(jí)社AiP。2022年4月，大宇造船海洋的70000立方米超大型液化二氧化碳運(yùn)輸船也獲得了船級(jí)社AiP，該型船總長(zhǎng)260米，型寬44米，是當(dāng)前獲得船級(jí)社認(rèn)證的全球最大液化二氧化碳運(yùn)輸船。

其次，很多研究人員開始考慮并解決如何優(yōu)化儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，讓船舶的“胃口”更大，從而提升船舶二氧化碳載運(yùn)容量。此前，現(xiàn)代尾浦造船計(jì)劃開發(fā)一個(gè)特別的貨物控制系統(tǒng)，把舊版的“C型儲(chǔ)罐”升級(jí)，改進(jìn)后的儲(chǔ)罐可以把二氧化碳的體積壓縮至1/600；新來(lái)島造船（Sanoyas）利用液化石油氣（LPG）儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，開發(fā)出了可從陸上工廠接收、運(yùn)輸二氧化碳并將其供應(yīng)給壓入設(shè)備的獨(dú)立型圓筒“C型”儲(chǔ)罐。

但“擴(kuò)容”的背后，是來(lái)自儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和貨物處理方面的挑戰(zhàn)。液態(tài)二氧化碳在零下35℃的溫度下以15個(gè)大氣壓的高壓條件儲(chǔ)存和運(yùn)輸，并且設(shè)有安全邊際。這意味著用于運(yùn)輸液態(tài)二氧化碳的儲(chǔ)罐必須比其他儲(chǔ)罐厚得多。在開發(fā)可以擴(kuò)大現(xiàn)有液態(tài)二氧化碳載運(yùn)量的解決方案時(shí)，容量、儲(chǔ)罐厚度和尺寸之間的平衡增加了問(wèn)題的復(fù)雜性。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，提高儲(chǔ)罐容量存在一定的難度。因?yàn)楦邏阂簯B(tài)二氧化碳所需的儲(chǔ)罐厚度一旦加大，其重量和尺寸就會(huì)相應(yīng)增加。將常見的單葉儲(chǔ)罐擴(kuò)大到這種尺寸和容量也意味著船舶需要攜帶更多的壓載水來(lái)解決穩(wěn)性問(wèn)題，從而增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

此外，二氧化碳的運(yùn)輸還伴隨著許多安全問(wèn)題。由于貨物裝卸系統(tǒng)中的泄漏或故障而產(chǎn)生的壓差可能導(dǎo)致二氧化碳升華，形成阻塞安全閥的干冰塊。如果不加以控制，整個(gè)儲(chǔ)罐都可能會(huì)變成干冰，從而帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

可喜的是，為了進(jìn)一步解決二氧化碳儲(chǔ)罐容量和安全等問(wèn)題，目前已經(jīng)有相關(guān)專家提出了一個(gè)可行的解決方案。2021年，挪威系統(tǒng)集成專家 H?glund Marine Solutions與德國(guó)設(shè)計(jì)公司HBHunte合作開發(fā)了一套二氧化碳儲(chǔ)罐和貨物裝卸系統(tǒng)，可滿足8000立方米雙葉C型二氧化碳儲(chǔ)罐的管理需求。首先，這款雙葉儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)大大提高了貨物載運(yùn)能力，比當(dāng)前最大的儲(chǔ)罐容量高出了一倍，而且超過(guò)了單葉設(shè)計(jì)尺寸擴(kuò)大的極限。

其次，使用雙葉型儲(chǔ)罐避免了擴(kuò)大單葉概念可能引發(fā)的尺寸、重量和穩(wěn)性等問(wèn)題。雙葉儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)長(zhǎng)僅37米，直徑2.4米，實(shí)際上有助于增加船舶穩(wěn)性，與類似尺寸和重量的單葉儲(chǔ)罐相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。而且，相關(guān)的貨物裝卸系統(tǒng)(CHS)設(shè)計(jì)能夠避免干冰的形成，即使在不太可能的情況下，例如儲(chǔ)罐的兩個(gè)深井泵均出現(xiàn)故障，二氧化碳也能順利排出。