船用替代燃料應(yīng)用進展*

邢 輝 李 想

一、引言

據(jù)國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）《IMO第四次溫室氣體研究2020》（Fourth IMO GHG Study 2020）報告，2018年國際航運（不含國內(nèi)航行船舶、漁業(yè)船舶和軍用船舶）溫室氣體排放總量達10.76億t二氧化碳當量（CO2e），其中CO2排放為10.56億t，占當年全球人為源排放的2.89%。該研究測算的2008年國際航運溫室氣體排放總量為7.94億t，十年間年均增長3.1%。而在多個經(jīng)濟和能源場景假設(shè)下，2050年國際航運CO2排放總量仍會達到2008年排放總量的90%～130%。2018年4月，IMO以MEPC.304（72）號決議通過了《IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》（Initial IMO Strategy on Reduction of GHG Emissions from Ships），設(shè)定了國際航運溫室氣體減排目標和路徑，并為此安排了一系列的短期、中期和長期減排措施，如圖1所示。

從技術(shù)性措施和營運性措施兩方面提升能效，是當前航運業(yè)實現(xiàn)溫室氣體減排的主要選項；碳排放交易機制、碳稅、溫室氣體排放基金等基于市場的措施也經(jīng)常被拿上桌面討論，但這些措施并不能直接減少溫室氣體排放，而是必須通過技術(shù)性措施或營運性措施才能發(fā)揮作用。對于傳統(tǒng)的“主機-推進器-船體”組成的能量轉(zhuǎn)化與守恒系統(tǒng)，減少溫室氣體排放的技術(shù)性措施主要包括減少船舶阻力、提升推進效率和使用高效發(fā)動機，使用風(fēng)力輔助推進系統(tǒng)、太陽能光伏系統(tǒng)、核動力推進裝置、電池電力系統(tǒng)、燃料電池動力系統(tǒng)等動力裝置替代或輔助柴油機推進動力裝置也是選項之一；減少溫室氣體排放的營運性措施則主要包括物流與供應(yīng)鏈優(yōu)化，降速運行，航線和航速優(yōu)化，使用岸電等[1]。然而，諸多學(xué)者、組織或機構(gòu)的研究已經(jīng)表明，無論技術(shù)性措施、營運性措施或二者組合，其節(jié)能減排潛力都相對有限，無法實現(xiàn)航運業(yè)的零碳排放[1，2]。也正如圖1所列出的，就中、長期而言，低碳/零碳燃料是航運業(yè)停止溫室氣體排放的必由之路。

圖1 IMO溫室氣體減排目標和路徑

為更進一步加快低碳/零碳燃料的應(yīng)用，《IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》還將制定燃料生命周期溫室氣體排放強度導(dǎo)則（LCA導(dǎo)則）作為短期措施之一，并于2021年開始了LCA導(dǎo)則的制定和審議，預(yù)期將于2023年7月MEPC 80次會議上通過最終報告。與此同時，在緊隨2021年11月UNFCCC COP 26次會議之后召開的IMO MEPC 77次會議上，國際海事行業(yè)釋放了到本世紀中葉實現(xiàn)航運碳中和的強烈信號，并同意啟動《IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》的修訂工作。在2022年12月召開的IMO MEPC 79次會議上，關(guān)于MEPC.304（72）號決議的修訂，討論的焦點包括2030年和2050年減排目標的修訂、引入額外的中間檢查點、設(shè)定國際航運低碳/零碳燃料的使用比例等。預(yù)期MEPC 80次會議上，IMO將通過修訂的溫室氣體減排戰(zhàn)略，屆時替代燃料的應(yīng)用將駛?cè)肟燔嚨馈?/p>

二、潛在的船用替代燃料

自1897年第一臺使用液體燃料的內(nèi)燃機問世及1910年代柴油機動力裝置真正意義上裝船應(yīng)用，“柴油機+燃油”驅(qū)動的航運業(yè)已逾一個世紀。傳統(tǒng)的燃料選擇是比較單一的化石基重質(zhì)燃料油（HFO）、輕質(zhì)燃料油（LFO）或柴油（MDO/MGO）。進入21世紀，隨著《國際防止船舶造成污染公約》（MARPOL公約）附則VI的生效實施和累次修正，船舶廢氣排放中的氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、顆粒物（PM）、CO2等逐漸被納入不斷嚴格的監(jiān)管之中[3]，低硫燃油（LSHFO）、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）等替代燃料的應(yīng)用成為船舶減少排放的選項之一；尤其是隨著《IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》的通過及船舶能效、碳強度等方面法規(guī)的生效實施，通過應(yīng)用低碳/零碳燃料同步減少NOx、SOx、PM、CO2排放成為當前的討論熱點。

（一）替代燃料概述

對于水路運輸燃料而言，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界研究和討論的替代燃料包括LNG（主要成分為甲烷）、LPG（主要成分為丙烷和丁烷）、二甲醚（DME）、甲醇、乙醇、氫氣（H2）、氨氣（NH3）、合成燃料（Synthetic Fuels）、生物燃料（Biofuels）、電制燃料（e-fuels或Power-to-X）等。其中，合成燃料、生物燃料、電制燃料均是比較寬泛的概念，例如：合成燃料可能包括化石基或生物質(zhì)基的合成甲醇、合成氨、合成汽油、Fischer-Tropsch柴油等；生物燃料可能包括生物甲烷、生物甲醇、乙醇、生物二甲醚、生物柴油等，而生物柴油又包括脂肪酸甲酯（FAME）、脂肪酸乙酯（FAEE）、純植物油（SVO）、加氫植物油（HVO或HDRD）等；電制燃料是以可再生電能為輸入、以電解制氫技術(shù)為基礎(chǔ)的合成燃料，可能包括電制甲烷、電制甲醇和電制氨等[4]。合成的、生物質(zhì)的或電制的某種燃料可認為與對應(yīng)的化石基燃料有近似的理化性能，各種燃料的典型理化特性見表1。

表1 潛在船用替代燃料的典型理化特性

考察各種燃料的理化性能，其在內(nèi)燃機、燃料電池等終端設(shè)備中使用在技術(shù)上是完全可行的。燃料電池雖然沒有熱化學(xué)反應(yīng)且效率較高，但其功率容量、經(jīng)濟性、可靠性、耐久性還面臨諸多挑戰(zhàn)，對于大型商船而言應(yīng)用前景尚不明朗，可以預(yù)期內(nèi)燃機仍是主流選擇。而就內(nèi)燃機燃用各種燃料的環(huán)境表現(xiàn)而言，SOx、PM排放均可忽略不計；只要存在燃燒反應(yīng)，NOx排放就不可避免，但生物柴油、氨氣作為燃料時的NOx排放甚至高于傳統(tǒng)的柴油/燃料油；就CO2排放而言，單純地討論燃燒排放沒有意義，同步考慮上游的井到艙（Well-to-Tank，WtT）和下游的艙到槳（Tank-to-Wake，TtW）全生命周期排放，目前還需等待IMO的LCA導(dǎo)則的生效實施才能具備強制性的、科學(xué)的方法指導(dǎo)。各種燃料的全球變暖潛值（Global Warming Potential，GWP）如圖2所示[4]，燃料的原料、生產(chǎn)過程顯著影響其生命周期溫室氣體排放。同時，基于生命周期評價賦予各種替代燃料生命周期標簽（Fuels Lifecycle Label，F(xiàn)LL），也能有效避免直接將氫、氨簡單認可為零碳燃料或忽視了生物柴油、可再生甲醇等的零碳屬性。

圖2 各種燃料的全球變暖潛值

多個學(xué)者和研究機構(gòu)基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）、多標準決策分析（Multi-Criteria Decision Analysis，MCDA）等方法，從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、社會、可擴展性等多個維度，對替代燃料的應(yīng)用前景進行了全面分析和綜合評價[4]，得出的結(jié)論是這些替代燃料在不同的方面各具優(yōu)勢和缺點，但還沒有一種燃料具有全方位、壓倒性的優(yōu)勢從而可以完全替代燃油在船用燃料中的中心地位。通過業(yè)界專家打分或綜合評價，或許可以得到一種綜合評分最高的燃料，但并不足以得出該燃料就應(yīng)當是航運業(yè)的選擇的結(jié)論，因為不同的利益主體在技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等不同方面具有各自的傾向或偏好。在所討論的替代燃料中，業(yè)界對于技術(shù)上可行、公眾可接受、能夠?qū)崿F(xiàn)航運業(yè)的凈零排放等評價維度基本可以達成共識，目前的分歧主要在于供應(yīng)安全是否有保障及經(jīng)濟上是否可行。各種燃料有其具有優(yōu)勢的船型、航線和地域，但就海洋運輸而言，短期以LNG作為過渡燃料，中長期重點發(fā)展可再生氨氣和甲醇，對未來以氫能或核能驅(qū)動航運業(yè)保持審慎樂觀，這應(yīng)該算是現(xiàn)階段業(yè)界的共識。生物質(zhì)燃料始終存在與糧食、農(nóng)作物、耕地、淡水資源等的競爭，以及地理分布不均衡、顯著受到氣候條件的影響等挑戰(zhàn)，筆者不傾向?qū)⑵渥鳛橐环N主流選擇，但并不排除其在局部、細分市場的應(yīng)用潛力。此外，生物質(zhì)也是生產(chǎn)可再生氫、氨、甲烷、甲醇、柴油的原料之一，因此可作為可再生燃料生產(chǎn)原料的重要補充。

（二）LNG作為船用燃料

MARPOL公約附則VI的生效實施對船舶SOx、NOx、PM、揮發(fā)性有機物（VOCs）等的排放作出了限制，而發(fā)動機燃用LNG基本不存在SOx、PM排放，NOx排放最多可降低90%，對LNG運輸船還解決了貨艙蒸發(fā)氣排放或再液化的難題，尤其是化石基LNG與船用燃油在經(jīng)濟性上具有競爭力，一時之間，LNG作為船用燃料受到追捧。LNG來源包括天然氣、生物質(zhì)及基于可再生電力的H2和CO2的合成。為便于儲運，天然氣通常在常壓、-163℃條件下液化為LNG，此時體積將變?yōu)闅鈶B(tài)時的1/600。公路、鐵路、水路和管道均可作為天然氣的運輸方式；而其儲存技術(shù)主要包括4種類型，如圖3所示，其中前兩種為常壓全冷型，B型儲罐為常壓半冷型，C型儲罐為常溫加壓型。C型儲罐成本最低，但儲存量、空間效率也最低。

圖3 LNG儲存技術(shù)

就終端使用而言，LNG發(fā)動機技術(shù)已經(jīng)比較成熟，火花塞點火的純LNG發(fā)動機、基于Otto循環(huán)的LNG-燃油低壓雙燃料發(fā)動機及基于Diesel循環(huán)的LNG-燃油高壓雙燃料發(fā)動機均已商用。MAN Energy Solutions、Wartsila、Rolls Royce等主要的船用發(fā)動機生產(chǎn)商均有超過20年的LNG發(fā)動機運行經(jīng)驗，可提供功率范圍從1～80 MW的LNG發(fā)動機產(chǎn)品，如MAN 12G95ME-C10.5-GI、Win GD 12X92DF、Wartsila W20DF、Bergen B32：40等。理論上，發(fā)動機燃用LNG相比燃油可減少20%～25%的碳足跡，但由于燃燒效率、甲烷逃逸等原因，溫室氣體減排量通常低于20%[5]。即便如此，對于零碳航運而言，化石基LNG也只能作為一種過渡燃料，生物質(zhì)甲烷或電制甲烷均可作為替代，但目前其燃料成本分別為化石基LNG的1.5～3倍和3～10倍，而且產(chǎn)量相對有限[6]。化石基LPG同樣作為一種過渡燃料，目前在部分LPG運輸船、乙烷運輸船上作為燃料應(yīng)用，但預(yù)期并不會擴展應(yīng)用到更廣泛的船舶類型中且不會有更長遠的應(yīng)用前景。

（三）氫作為船用燃料

氫是地球上最簡單、最豐富的元素，且在所有燃料中具有最高的質(zhì)量能量密度。但氫通常是以化合物的形式存在，也就意味著氫的提取需要消耗能量。氫的生產(chǎn)原料包括天然氣、煤、生物質(zhì)和水，且具有多種不同的工藝流程，如圖4所示。

圖4 氫的原料與生產(chǎn)過程

氫的運輸、儲存和配送顯著受到其體積能量密度的影響。對于20 MPa、70 MPa的壓縮氫氣和常壓低溫（-253 ℃）下的液化氫而言，體積能量密度分別為柴油的5.0%、12.3%和23.2%。對于同樣的能量釋放，其體積需求分別是柴油的20.1、8.1和4.3倍，考慮加壓或制冷條件下燃料圍護系統(tǒng)更大和更規(guī)整的空間需求，船舶的有效載貨容積將在一定程度上被削減。就終端使用而言，氫內(nèi)燃機的有害排放僅有NOx，但其功率容量、燃燒、運轉(zhuǎn)平順性方面在技術(shù)上仍然存在較大的挑戰(zhàn)。也就是說，氫的儲運和終端使用具有比LNG更嚴苛的要求。因此，對于遠洋運輸而言，相比于可再生甲烷、氨和甲醇等氫的衍生物，使用氫作為船用燃料目前來看還缺少競爭力。當然，如果液氫/壓縮氫運輸船隊能得到一定的發(fā)展，這類船舶使用氫作為船用燃料具有天然的優(yōu)勢，但目前來看，以氨作為載體來運輸氫似乎更有競爭力。

（四）氨作為船用燃料

氨是全球范圍內(nèi)產(chǎn)量最大的合成化學(xué)品，但目前主要用作化肥生產(chǎn)。氨的生產(chǎn)原料是氫氣和氮氣，通?；贖aber-Bosch過程，在鐵基催化劑、300～500 ℃的高溫和20～35 MPa的高壓條件下反應(yīng)而成；其他的氨合成工藝包括電化學(xué)過程和光催化過程。氫氣的生產(chǎn)如前所述，而氮氣通常采用變壓吸附（PSA）或膜過濾技術(shù)從空氣中分離得來。雖然氨本身是無碳燃料，但綠氨的獲得還是取決于所使用的生產(chǎn)原料和生產(chǎn)過程中可再生能源的使用。

大規(guī)模的氨通常在常壓和-33 ℃條件下液化儲存，而少量的氨則采用與LPG類似的儲運方式——常溫加壓至8 bar存放于不銹鋼壓力容器中。液氨具有較高的爆炸風(fēng)險和毒性，儲運安全考量尤其重要。就終端使用而言，較高的自燃溫度、較低的火焰?zhèn)鞑ニ俣?、較窄的可燃極限、較高的NOx排放都是氨燃料發(fā)動機開發(fā)中所面臨的挑戰(zhàn)。氨燃料發(fā)動機目前還未見商用，但Wartsila、MAN Energy Solutions、WinGD等主要的船用發(fā)動機生產(chǎn)商均在積極推進氨燃料發(fā)動機的研發(fā)。2022年9月，Wartsila四沖程中速多燃料發(fā)動機W25型發(fā)動機成功發(fā)布，該發(fā)動機可燃用柴油和LNG，預(yù)期到2023年可燃用氨燃料。二沖程低速發(fā)動機生產(chǎn)商MAN Energy Solutions、WinGD均計劃在2024—2025年推出自己的氨燃料發(fā)動機。

（五）甲醇作為船用燃料

甲醇是一種關(guān)鍵基礎(chǔ)化學(xué)品，主要用于生產(chǎn)甲醛、乙酸和塑料等其他化學(xué)品；同時，甲醇也是一種用于車輛、船舶、工業(yè)鍋爐的低閃點液體酒精燃料。與傳統(tǒng)燃料相比，可再生甲醇可減少高達95%的CO2排放和80%的NOx排放，且完全沒有SOx和PM排放。甲醇有一定的毒性，吸入、暴露和皮膚接觸均會造成人員的中毒反應(yīng)；由于較強的揮發(fā)性和生物可降解性，其對人類健康、海洋和大氣環(huán)境的威脅要低于燃油和氨。甲醇的生產(chǎn)原料主要是天然氣和煤，但生物質(zhì)、森林殘渣、市政固體廢棄物、捕集的CO2等都可以作為甲醇的生產(chǎn)原料，其主要的生產(chǎn)路徑為H2和一氧化碳（CO）或H2與CO2的合成，合成氣（H2+CO）、H2、CO2和生產(chǎn)用能的來源就決定了甲醇的碳足跡和成本。化石甲醇與船用燃油具有可比的燃料成本，綠色甲醇的燃料成本卻高出8～10倍，但未來有望降至2～3倍[7]。

相較于其他氣體燃料，甲醇屬低閃點液體燃料，相對易于運輸、儲存和配送，對現(xiàn)有船用燃料儲運設(shè)施稍作改造即可建立完整供應(yīng)鏈。對于終端使用而言，甲醇適用于內(nèi)燃機和燃料電池。當前，直接甲醇燃料電池（DMFC）的效率還比較低，有待進一步研發(fā)和提升；而甲醇燃料內(nèi)燃機技術(shù)相對成熟，在車輛、船舶上均有多年的應(yīng)用經(jīng)驗。MAN Energy Solutions、WinGD、Wartsila、Rolls-Royce、Caterpillar等主要的船用發(fā)動機生產(chǎn)商均開展了甲醇發(fā)動機的研發(fā)或生產(chǎn)；國內(nèi)淄柴動力、中船動力等甲醇發(fā)動機也在研發(fā)中。值得一提的是，MAN ME-LGIM是目前市場主流應(yīng)用的機型，缸徑有50、80、95三個系列，缸數(shù)可為6～12缸，功率范圍5～82 MW，基本可以覆蓋各種類型、各種大小遠洋船舶的功率需求[8]。

三、航運業(yè)應(yīng)用替代燃料的現(xiàn)狀

（一）替代燃料船舶

據(jù)DNV Alternative Fuels Insight平臺統(tǒng)計[9]，替代燃料船舶數(shù)量在現(xiàn)有世界船隊中占比為0.47%，所應(yīng)用的替代燃料包括LNG、LPG、甲醇和氫氣四種類型；但從新造船訂單來看，這四種類型的替代燃料船舶數(shù)量占比達到13.05%。世界船隊中，已投入運行的替代燃料船舶的類型和數(shù)量如圖5所示；而在新造船訂單中，替代燃料船舶的類型和數(shù)量如圖6所示。

圖5 投入運行的替代燃料船舶的類型和數(shù)量

圖6 新造船訂單中替代燃料船舶的類型和數(shù)量

1.LNG/LPG動力船舶

自2003年世界首艘LNG動力的平臺供應(yīng)船“Stril Pioner”交付運行，到2022年底，世界LNG動力船舶已達355艘，另有515艘LNG動力新造船訂單，LNG是中短期主流的船用替代燃料選擇。同為化石基替代燃料，LPG動力的現(xiàn)有船48艘，新造船訂單也達到79艘，但LPG動力船舶目前僅限于LPG運輸船、氣體運輸船和乙烷運輸船三種船型。

2.甲醇動力船舶

截至2022年底，甲醇動力的現(xiàn)有船24艘，其中新造船21艘，均為50000載重噸級的化學(xué)品油輪，另有3艘改裝船分別為滾裝客船、拖輪或引航船，現(xiàn)階段均以化石甲醇作為燃料。2022年，甲醇動力新造船訂單增長迅猛，目前已達58艘，其中Maersk公司宣布訂造的12艘16000 TEU（標箱）和6艘17000 TEU甲醇燃料集裝箱船、CMA CGM公司宣布訂造的6艘15000 TEU甲醇燃料集裝箱船、中國遠洋海運集團宣布訂造的12艘24000 TEU甲醇雙燃料動力集裝箱船、招商輪船宣布訂造的2（實船）+4艘（選擇權(quán)船）9000 TEU（標準車位）甲醇雙燃料汽車滾裝運輸船等系列訂單尤其受到業(yè)界關(guān)注。與此同時，2022年，Maersk與CIMC ENRIC、European Energy、Green Technology Bank、Orsted、Proman、WasteFuel、德博能源、Carbon Sink、SunGas Renewables等9家單位達成了綠色甲醇合作伙伴關(guān)系，鎖定了年均超過140萬t綠色甲醇供應(yīng)。

3.氫動力船舶

當前，氫動力船舶主要以氫燃料電池作為（混合）動力系統(tǒng)的小型船舶或以氫燃料電池作為輔助發(fā)電裝置應(yīng)用為主，全球范圍內(nèi)的應(yīng)用示范船舶有數(shù)十艘，其中比較典型的應(yīng)用包括德國渡輪Alsterwasser、荷蘭渡輪Nemo H2、挪威液氫動力輪渡MF Hydra、法國Energy Observer、美國Sea Change、中國“蠡湖”號等。而以氫內(nèi)燃機作為動力的船舶目前僅見2022年10月交付的比利時拖輪Hydrotug 1，配置的2臺BeH2ydro 12DZD-DF四沖程內(nèi)燃機可燃用氫氣和柴油，總功率達4000 kW。

4.氨動力船舶

受限于氨燃料發(fā)動機目前還未商用，氨動力船舶目前還未見商用。然而，在氨動力船舶的開發(fā)方面，目前多家船舶設(shè)計公司、造船廠、航運企業(yè)的氨動力或氨預(yù)留船舶設(shè)計已經(jīng)獲得船級社的原理性認可（Approval in Principle，AiP）證書，也有多家船東公司宣布了開展氨動力船舶的開發(fā)，包括VLCC、拖輪、駁船、平臺供應(yīng)船等。據(jù)不完全統(tǒng)計，近三年來，全球氨動力船舶開發(fā)項目超過60個，其中已獲得船級社AiP證書的船型設(shè)計已超過42項?；谒y(tǒng)計的氨動力船舶開發(fā)項目，就船舶類型而言，排在前幾位的是油輪、氣體運輸船、散貨船和氨燃料加注船；就項目分布的國家而言，排在前幾位的分別是日本、挪威、中國、韓國和新加坡；就授予AiP證書數(shù)量而言，排在前幾位的船級社分別是LR、ClassNK、DNV和ABS。

（二）替代燃料消耗

2016年10月，IMO MEPC.278（70）號決議通過了MARPOL公約附則VI關(guān)于船舶燃油消耗數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（Data Collection System，DCS）的強制性要求，從2019年1月1日起，5000總噸及以上的船舶需要收集其使用的每種燃料的消耗數(shù)據(jù)，并在每個日歷年結(jié)束后報告給船旗國，船旗國在確定數(shù)據(jù)已按照要求報告后，將向船舶發(fā)出符合聲明，隨后將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀MO船舶燃油消耗數(shù)據(jù)庫。目前，IMO已通過MEPC 76/6/1、MEPC 77/6/1、MEPC 79/6/1發(fā)布了2019、2020、2021三年的燃油消耗數(shù)據(jù)匯總報告。按公約要求，納入統(tǒng)計的船舶應(yīng)有約3.2萬余艘和13億總噸，但目前數(shù)據(jù)仍有缺失，數(shù)據(jù)完整率按船舶數(shù)量計約85%，按總噸計約94%?；谶@些報告，可以得到所統(tǒng)計船舶的燃料消耗情況，2019—2021年燃料消耗總量分別為2.13億t、2.03億t和2.12億t，各年份HFO、LFO和MDO/MGO三種傳統(tǒng)燃料累計消耗占比分別為95.03%、94.01%和93.95%，而替代燃料占比略有增加。目前所報告的替代燃料包括LNG、LPG、乙烷、甲醇、乙醇、生物燃料等，替代燃料消耗總量情況如圖7所示。

圖7 基于IMO船舶燃油消耗數(shù)據(jù)庫的2019—2021年替代燃料消耗情況

（三）替代燃料基礎(chǔ)設(shè)施

1.LNG的生產(chǎn)與加注

據(jù)International Energy Agency統(tǒng)計數(shù)據(jù)[10]，2020年全球LNG年產(chǎn)量155 EJ（1 EJ=1018J=23.88 Mtoe百萬噸油當量），約31億t，均為化石基，年消費量73.5 EJ，其中運輸行業(yè)消費量為5.2 EJ。據(jù)DNV的Energy Transition Outlook 2022，2020年海運行業(yè)LNG消費量在其整個能源消費中占比約5%，到2050年這一比例有望達到19%。全球LNG供應(yīng)是充足的，經(jīng)過十余年的發(fā)展，LNG作為船用燃料其基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展也取得了長足的進步。據(jù)DNV Alternative Fuels Insight平臺統(tǒng)計，全球投入運行的LNG加注終端已達142個，包括加注駁船、加注罐車、加注儲罐、本地儲罐等；大規(guī)模的LNG儲存基礎(chǔ)設(shè)施超過180個；擬建設(shè)或正在討論中的加注終端和大規(guī)模儲存基礎(chǔ)設(shè)施也超過170個。

2.甲醇的生產(chǎn)與加注

據(jù)IRENA的Innovation Outlook：Renewable Methanol 2021，當前全球甲醇年產(chǎn)量約1億t，幾乎全部來自天然氣、煤等化石燃料；可再生甲醇的年產(chǎn)量不到20萬t，主要為生物甲醇。據(jù)Methanol Institute統(tǒng)計，目前全球范圍內(nèi)可再生甲醇生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目超過80個，預(yù)計到2027年可實現(xiàn)800萬t的年產(chǎn)量。當前的可再生甲醇生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目主要分布在中國、丹麥、德國、美國等國家，雖然通過供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和甲醇的海上運輸，可再生甲醇生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的分布不是主要障礙，但基于供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的視角，推動在主要貿(mào)易航線和關(guān)鍵節(jié)點港口布局可再生甲醇生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，仍然十分重要。據(jù)DNV Alternative Fuels Insight平臺統(tǒng)計，當前全球范圍內(nèi)投入運行的甲醇接駁終端已達130個，接駁終端數(shù)量排在前幾位的中國、歐洲、北美和中東分別達到38、29、19和16個。未來甲醇的應(yīng)用主要還是基于生物質(zhì)甲醇，尤其是利用風(fēng)能、太陽能、水能、核能等清潔能源和捕集CO2合成電制甲醇的發(fā)展，CO2來源和生產(chǎn)成本是甲醇動力航運發(fā)展的主要障礙。

3.氨的生產(chǎn)與加注

氨是一種重要的全球性商品，據(jù)IRENA的Innovation Outlook: Ammonia 2022，全球氨的年產(chǎn)量達到1.83億t，其中85%用于氮肥生產(chǎn)；2020年全球45%的氫消費——3300萬t，用于氨生產(chǎn)。碳中和背景下，氨將用于海運和陸地電廠的零碳燃料，預(yù)計到2050年，全球氨需求將達到7億t，其中船用替代燃料需求將達到2億t。然而，目前的氨生產(chǎn)主要基于化石原料，其中72%來自天然氣，22%來自煤，其余來自石腦油和重質(zhì)燃料油。2021年，全球可再生氨產(chǎn)量還不到2萬t；到2030年，可再生氨產(chǎn)能有望達到1500萬t；按《巴黎協(xié)定》設(shè)定的1.5 ℃溫控目標，到2050年可再生氨產(chǎn)能要達到5.7億t才能滿足需求。基于可再生氫和清潔能源進行綠氨生產(chǎn)，將是未來的努力方向。此外，據(jù)DNV Alternative Fuels Insight平臺統(tǒng)計，全球投入運行的氨接駁終端已達215個，具備較好的氨儲存和加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基礎(chǔ)。

4.氫的生產(chǎn)與加注

據(jù)BP的Energy Outlook 2022，當前全球氫氣年產(chǎn)量約7000萬t，但來源主要為天然氣、煤和石油。2030年全球氫氣年產(chǎn)量有望達到1億t，2050年達到3億～4億t；且隨著全球化石基能源向水能、風(fēng)能、太陽能、核能等清潔能源轉(zhuǎn)型，氫氣供應(yīng)將以低碳藍氫和綠氫為主。據(jù)DNV的Energy Transition Outlook 2022，到2050年，全球能源構(gòu)成當中的化石能源有望從當前的超過80%下降到略高于50%。只有當全球能源結(jié)構(gòu)實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，可再生甲醇、氨等綠氫衍生物的可靠供應(yīng)才能成為現(xiàn)實。全球各港口氫加注和接駁基礎(chǔ)設(shè)施基本處于空白狀態(tài)，且其建設(shè)難度和成本預(yù)期高于LNG基礎(chǔ)設(shè)施，因此其發(fā)展還有很長的一段路要走。預(yù)計氫的儲運主要以其衍生物氨的形式進行，且LNG基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)換為氨基礎(chǔ)設(shè)施是完全可行的。

四、結(jié)語

使用低碳/零碳燃料是航運去碳化的必然選擇，潛在的船用替代燃料包括LNG、LPG、二甲醚、甲醇、乙醇、氫、氨、生物燃料、電制燃料等多種，但目前業(yè)界討論的焦點逐漸歸攏到從LNG過渡到可再生的氫、氨或甲醇。然而，從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、社會、可擴展性等多個維度進行評價，并沒有一種替代燃料具有全方位、壓倒性的優(yōu)勢從而可以完全替代燃油在船用燃料中的中心地位。缺乏共識和一致行動顯然更不利于航運的去碳化進程，深入的討論、廣泛的協(xié)作就顯得尤其有必要?！懊^過河”“試點”是中國經(jīng)濟社會建設(shè)過程中取得偉大成就的重要法寶和最佳實踐，業(yè)界目前積極推動的“綠色航運走廊”建設(shè)也正是這一思想的生動體現(xiàn)。因此，促進全球性和區(qū)域性行業(yè)組織、船旗國、港口國及船東、貨主、港口經(jīng)營者、設(shè)備供應(yīng)商、燃料供應(yīng)方、金融保險機構(gòu)等多利益主體的跨地域、跨行業(yè)、跨價值鏈協(xié)作，選定主要的貿(mào)易航線、關(guān)鍵的節(jié)點港口和特定的船舶類型盡早建設(shè)“綠色航運走廊”和開展替代燃料應(yīng)用示范，是提升國家、產(chǎn)業(yè)和公司競爭力的重要舉措。