國際海事組織（IMO）海洋環境保護委員會（MEPC）第74次會議于5月17日在倫敦召開，討論溫室氣體減排初步戰略實施是其重要議題。在該會議上，會前備受熱議的船舶降速方案受到質疑，但同意對集裝箱船、雜貨船、柴油-電力混動遊船、液化石油氣（LPG）船和液化天然氣（LNG）船等制定更嚴格的能效標准。業內專家表示，IMO已提出到2050年全球航運業溫室氣體排放量與2008年相比減少50%，本世紀末實現零碳排放的目標。要達成這一目標，不論是船舶限速還是依靠現有技術，均十分困難。只有在能源技術實現革命性突破時，航運業碳減排及零碳排放的理想才能變成現實。
船舶減速效果有限
MEPC74召開之前，星散航運、Navios、Safebulkers、戴安娜航運等多家航運公司在寫給IMO的一份公開信中強調，“迫切需要航運業爲解決氣候變化作出貢獻”。這些航運企業表示，2008年國際金融危機發生後，全球船隊中的大部分船舶開始減速，這給溫室氣體減排帶來了顯著效果，他們支持法國、希臘等國家提出的有關船舶限速的提議。但業內也迅速出現了相反意見。英國航運公會就表示，新的提案可能導致供應鏈上更多使用其他碳排放更高的運輸方式，比如公路運輸，使總體排放反而上升。另外，船舶可能要停靠某些受潮汐限制的港口，晚到1個小時就會導致晚停靠12小時，因爲船舶要等待下一次潮汐。除了經濟上的損失，多等候的時間也會增加不必要的排放。丹麥和西班牙等國家則擔心限速會導致航運公司放棄對環保的投資，從而阻礙新技術的發展。在MEPC74上，大部分IMO成員國對強制限速不感興趣，他們擔心這一舉措會降低海上運輸的效率，而且不利于研發新的碳減排技術。
業內人士表示，2018年4月，IMO通過了一項關于減少船舶溫室氣體排放的初步戰略，提出了航運業減碳的短期、中期、長期措施，船舶限速就屬于其中的短期措施。據悉，該戰略的短期減排措施包括完善現有的能源效率框架、研發能效提高的技術、制定能效指標、制定海運減排國家計劃、優化船舶速度、減少港口排放、研發替代性低碳或零碳燃油等。
中國交通運輸部水運科學研究院研究員、副總工程師彭傳聖表示，實踐證明，減速航行是實現船舶節能從而減少碳排放的有效手段之一。過去這些年，在全球航運運力過剩的大背景下，大量船舶減速航行，使得航運碳排放有所減少。IMO本來試圖建立“技術、營運和市場”機制，促進航運減少碳排放，在建立了技術機制船舶能效設計指數（EEDI）和營運機制船舶能效管理計劃（SEEMP）後，建立市場機制的努力遇到了困難，難以實質性推動航運碳減排工作。目前，航運碳減排有停滯的趨勢。
按照規劃，2023年，IMO必須制定出實現2050年航運業碳排放比2008年減少50%目標的路線圖。彭傳聖表示，節約能源、提高能效、使用清潔能源、應用碳捕捉技術等是航運業碳減排的主要手段。其中，船舶減速的碳減排效果有限，能夠促使航運大量減少碳排放的動力技術現階段還不夠成熟且應用成本較高，難以達到實用水平。因此，航運業碳減排面臨的形勢嚴峻、挑戰巨大。
LNG動力僅是過渡
隨著近年來國際環保海事法規的密集出台，國際海事界在船舶清潔能源應用方面進行了諸多投入與研發，其中成效最爲顯著的要屬LNG動力船。
有數據顯示，全球LNG動力船舶數量正在快速增長，目前在營LNG動力船舶達143艘，在建LNG動力船爲135艘。預計至2025年，全球共建造1962艘LNG動力船。韓國的一份研究則指出，至2025年，每10艘新造船中將有6艘是LNG動力船。爲此，韓國將投資6億美元研究開發建造LNG動力船，並在2025年之前建造140艘，包括政府訂造的40艘沿近海公務船，民間訂造的100艘沿近海客船和客貨滾裝船。
LNG動力船作爲替代燃料中的寵兒，其加注基礎設施建設也在緊鑼密鼓地進行。歐盟已經投資2.5億歐元用于船用LNG加注基礎設施建設，目前已有近50個船用LNG加注設施投入使用，13個處于建設中，18個處于規劃中。韓國則計劃到2025年之前，分階段建設完成國內主要港口LNG加注配套基礎設施。我國的長江沿線港口及沿海的舟山也建設了LNG進口和加注終端。這些爲LNG用作船舶動力創造了條件。然而，雖然LNG可將硫氧化物、氮氧化物、微粒物質基本降至爲零，但其減碳性能並不顯著。彭傳聖表示，使用LNG取代船用燃油，能減少碳排放20%，如果難以控制甲烷的泄露，減碳效果還要打折扣。倫敦大學學院海事專家Tristan Smith也表示，LNG在燃燒和生産過程中會排放甲烷，而甲烷是一種威力強大的溫室氣體，對環境的破壞力很大。
彭傳聖認爲，對于航運業減碳來說，LNG動力注定只能是過渡性解決方案，到了2035年必須舍棄這一方式，才能實現2050年初步戰略。“要實現2050年在2008年基礎上航運碳排放降低50%，考慮到海運量的增長，單位貨物運輸周轉量要下降70%才行。假設船舶平均壽命25年，如果從現在開始到2035年建造的船舶全都采用LNG動力，那麽，只有2035年之後建造的船舶全部是零排放，2050年航運業的減碳目標才有可能實現。”他說。
豐田打造的世界首艘氫動力遊艇“Energy Observer”，采用太陽能板收集能量並轉化和儲存氫氣
零排放的途徑
去年年底，全球航運業領頭羊馬士基宣布，計劃到2050年實現零碳排放目標。隨後，該公司與由荷蘭皇家菲仕蘭、喜力、飛利浦、帝斯曼、殼牌和聯合利華等公司組成的荷蘭可持續發展聯盟啓動了全球最大海上生物燃料試點項目，爲2050年實現零碳排放目標做准備。試點項目將在馬士基Triple-E集裝箱船上混合使用高達20%的第二代生物燃料，在荷蘭鹿特丹到中國上海間往返航行25000海裏。這是全球最大規模使用第二代生物燃料進行的航行試點，將減少150萬千克的二氧化碳排放和2萬千克的硫排放。馬士基負責人表示，目前基于化石燃料技術實現的效率提升只能將碳排放量保持在當前水平，實現航運業脫碳唯一可能的途徑是完全轉變爲使用新型碳中和燃料及供應鏈。
雖然看起來馬士基的計劃有些超前，但同爲交通裝備制造商的汽車廠商奔馳、大衆、保時捷均已表示，計劃在2039年前實現乘用車的“碳中和”。這意味著該公司將在不到20年的時間裏在汽車上全部使用可再生燃料及零碳燃料。彭傳聖表示，采用零排放能源是大幅減少船舶碳排放甚至實現船舶零碳排放的最有效手段，雖然目前來看，零排放能源技術還不成熟且比較昂貴，但馬士基提出的2050年實現零碳排放的可能性很大，這需要借助市場機制，促進新技術的發展和應用。
現在比較熱門的替代燃料甲醇的環保性能與LNG類似，能使硫氧化物、氮氧化物、顆粒物的排放分別減少99%、60%及95%，但減碳性能更強，可降低二氧化碳排放75%~90%。然而，制造甲醇需要大量化石燃料，制造過程中可産生大量的二氧化碳，甲醇的環保性能也因此頻招質疑。不過，隨著生物甲醇技術的日趨成熟，甲醇有望更加“綠色”。目前，瑞典Stena等航運公司已經開始在船上使用甲醇燃料，而2018年年底，新加坡南洋理工大學和甲醇協會宣布開展甲醇船用燃料測試項目。目前來看，甲醇的可獲得性較差，生物甲醇還只能應用于小型船舶。
最優選項在哪裏
比甲醇的減碳效果更好，而且研發更熱的則是船用燃料電池，特別是氫燃料電池。船用氫燃料電池在運營時，硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等有害氣體的排放幾乎爲零。
ABB船舶與港口事務部中國區技術負責人鄂飛介紹說，目前，全球對船舶利用氫燃料電池作爲動力的研究頗多。作爲全球電氣化領域的領軍企業，ABB一直致力船舶應用氫燃料電池的研究。目前主要分爲兩種方案，一是爲一些較小功率的小型船舶研制幾百千瓦級的氫燃料電池，二是爲大型遠洋船舶研制兆瓦級以上的氫燃料電池。第一種方案適用的船舶大多在某一特定區域運營，尺寸較小，如渡船、小型客滾船等，氫燃料電池用作船舶主動力。ABB目前就正在爲法國一家公司的一艘新型推進船提供燃料電池動力和推進解決方案，預計該船于2021年交付。該船將完全依靠氫燃料電池運行，而且由于燃料電池的氫來源于海岸可再生能源，整個船舶能源鏈將是零排放的。第二種方案適用的最典型的船舶屬豪華郵輪。氫燃料電池一般作爲混合動力中的一種與傳統燃油機結合交替使用。每2兆瓦爲一個模塊，可以疊加，同等功率的氫燃料電池體積不會超過燃油機。“采用這種混合動力的船舶有時還會配備锂電池，可進行儲能和能量緩沖，起到‘削峰填谷’的作用。”鄂飛表示。
由于一直對環保要求更高，歐洲對船用氫燃料電池的研究更早也更深入。德國、挪威、法國、芬蘭等國家均開展了氫燃料電池船舶研發項目。2009年，德國公司研發出全球首艘氫動力船舶。該船總長25.5米，型寬5.36米，推進功率爲100千瓦級，配備12個氫燃料儲罐，一次可攜帶50千克氫燃料，可連續運行2~3天。法國的氫燃料電池項目包括建立歐洲支持網絡，覆蓋氫燃料供給鏈、船舶設計和制造等。
德國公司研發的全球首艘氫動力船舶“FCS Alsterwasser” 資料圖來自hzwei.info
全球領先的燃料電池提供商加拿大公司巴拉德，此前主要關注商用車領域的燃料電池産品開發，今年4月宣布成立海事中心，致力于設計和制造滿足船舶行業零排放要求的重型燃料電池模塊。
日本在燃料電池領域具有明顯的技術優勢，其在船用領域雖起步晚但發展較快。2015年，日本戶田建設與雅馬哈發動機聯手開發氫燃料電池船舶，並在一艘漁船上實現了實船試航，其最高速度可達37千米/小時，每次加氫可運行2小時左右。另外，三菱重工、Flatfield等對燃料電池在船舶領域的應用也有著持續的研究。川崎重工還研發了全球首艘液態氫運輸船，滿足未來氫燃料電池的加注需要。
在韓國，大宇造船海洋、浦項制鐵能源、三星重工、STX造船都參加了政府牽頭的船用燃料電池研發項目或進行了自主研發。韓國政府去年批准在未來5年投資約20億歐元用于氫燃料電池以及加氫站的補貼，今年年初正式發布名爲“激活氫經濟發展的路線圖”的氫燃料技術研究開發計劃，計劃第一期研發課題已確定爲“以氫燃料電池爲動力的船舶、氫（燃料）存儲和運輸所需用的艙罐等主要技術和設備的研發”。韓國船級社（KR）致力實現氫燃料電池船舶的商用化，計劃在2022年前建立千瓦級船舶氫燃料電池穩定安全性的檢查和認證體系；在2025年前，爲氫燃料運輸及兆瓦級船用燃料電池系統構築起技術基礎。
我國對船用氫燃料電池的研究也開展多年，近期還提出了利用氫能實現長江零排放航運計劃。2006年，國內第一艘以氫爲能源的燃料電池船在上海海事大學問世。中國船舶重工集團有限公司第七一二研究所對船用燃料電池進行了持續研究並取得成效。中國船舶工業集團有限公司所屬中船動力研究院有限公司則開展了船舶氫燃料電池動力系統研究，據悉，相關整體方案設計已于近日完成並提交中國船級社（CCS），未來將在示範船上應用。
鄂飛表示，目前，氫燃料電池在船舶上的商業化應用還面臨氫氣提取、儲存困難以及氫燃料電池工程化方面的挑戰。他說，通常氫氣提取過程中也會産生溫室氣體等汙染，因此，保證整個産業鏈清潔是一個難題。目前國際上正在嘗試利用光伏吸收太陽能等從可再生資源中獲取的方式制造氫氣，但技術還有待成熟。而氫氣作爲易爆氣體的儲存也正在研究中。由于氫氣比空氣輕，即使逃逸也會向上飄走，因此如何持續保證儲存空間的通風性是攻關重點。同時，氫燃料電池應用于船舶還存在如何工程化的問題，如何與船舶工況更好地匹配，如何通過電力配送方式控制發動機、螺旋槳等，都需要進行大量的工程優化工作。
此外，由于需要鉑金來做催化劑等原因，氫燃料電池作爲船舶動力還面臨成本居高不下的問題。
鄂飛認爲，氫燃料電池的商業化進程取決于各國政府的扶持力度以及零排放環保法規落地的時間。“目前運營較多的電動汽車一般采用的是锂電池，過去成本也相當高，但在各國政府的大力扶持和市場迅猛增長的情況下，8年時間成本下降了80%多。作爲零排放船舶的最優選項，氫燃料電池也是一樣，扶持力度大，市場需求多，商業化應用于船舶的進程就會加快。”他說。
作者：記者 李琴
來源：中國船舶報
封面圖：中國船舶報
想要第一時間獲取低碳環保精彩資訊，請點擊下方擴展連接，關注碳視界網站、公衆號和碳視界微信小程序，還有更多驚喜等你來發現喲～