船(chuán)舶脫碳關鍵技(jì)術(shù)路徑評估
2023年7月，國際海事組織(IMO)在海洋環境保護委員會(huì)第80屆(MEPC 80)會(huì)議上(shàng)通(tōng)過了《2023年船(chuán)舶溫室氣體(tǐ)減排戰略》。該減排戰略提出了四大(dà)關鍵要素：雄心勃勃的減排目标、指示性校(xiào)核點、中期措施、從生(shēng)産到使用以防止排放轉移到其他部門(mén)的全生(shēng)命周期管理(lǐ)。
本文綜合闡述了各種能效技(jì)術(shù)對商船(chuán)的影(yǐng)響，如節能設備、風能輔助推進、空(kōng)氣潤滑系統以及廢熱回收等，以評估它們是否符合IMO的溫室氣體(tǐ)減排戰略。同時(shí)，文章還(hái)對各種推進技(jì)術(shù)在不同船(chuán)型中的應用進行(xíng)了評估，包括二沖程發動機、燃料電(diàn)池和(hé)蓄電(diàn)池，并重點討(tǎo)論了這些(xiē)技(jì)術(shù)的年度二氧化碳當量減排潛力以及相關的減排成本。
IMO新戰略要求更加關注脫碳技(jì)術(shù)的實施
2023年夏，IMO通(tōng)過溫室氣體(tǐ)減排戰略修正案，旨在助力國際海運排放的有(yǒu)效管理(lǐ)。《2023年船(chuán)舶溫室氣體(tǐ)減排戰略》主要包括以下4項關鍵內(nèi)容：
1、雄心勃勃的減排目标。考慮到不同的國情，國際航運應盡快達到溫室氣體(tǐ)排放峰值，并在2050年左右實現溫室氣體(tǐ)淨零排放，與《巴黎協定》第2條規定的長期溫度目标保持一緻。增加零溫室氣體(tǐ)排放或接近零溫室氣體(tǐ)排放技(jì)術(shù)、燃料和(hé)/或能源的使用，到2030年，該技(jì)術(shù)至少(shǎo)占國際航運所用能源的5%，并力争達到10%。在碳強度方面，到2030年，将每次運輸工作(zuò)的二氧化碳(CO2)排放量(國際航運的平均排放量)比2008年至少(shǎo)減少(shǎo)40%。
2、指示性校(xiào)核點。到2030年，國際航運的年度溫室氣體(tǐ)排放總量應比2008年至少(shǎo)減少(shǎo)20%，并力争減少(shǎo)30%；到2040年，國際航運的年度溫室氣體(tǐ)排放總量應比2008年至少(shǎo)減少(shǎo)70%，并力争減少(shǎo)80%。
3、中期措施。目前，低(dī)溫室氣體(tǐ)燃料标準(類似于FuelEU Maritime)已得(de)到廣泛支持，而溫室氣體(tǐ)排放稅仍在討(tǎo)論中。為(wèi)了實現減排目标，中期措施應全面考慮船(chuán)用燃料在其整個(gè)生(shēng)命周期中的溫室氣體(tǐ)排放。雖然具體(tǐ)的中期措施細節尚待進一步制(zhì)定，但(dàn)預計(jì)這些(xiē)措施将于2027年上(shàng)半年正式生(shēng)效。
4、從生(shēng)産到使用的全生(shēng)命周期管理(lǐ)。在設定雄心勃勃的減排目标、指示性校(xiào)核點和(hé)中期措施中，必須充分關注從生(shēng)産到使用各個(gè)環節的排放問題，以防止排放轉移到其他部門(mén)。為(wèi)此，IMO已經通(tōng)過了第一版生(shēng)命周期評估指南。
随着溫室氣體(tǐ)戰略的修訂，國際航運如何脫碳以實現行(xíng)業合規和(hé)長遠發展再次成為(wèi)人(rén)們關注的焦點。本文重點評估了節能技(jì)術(shù)對商船(chuán)溫室氣體(tǐ)排放的影(yǐng)響，以及這些(xiē)技(jì)術(shù)在推動船(chuán)舶達到合規标準方面的作(zuò)用。此外，本文還(hái)比較了三種不同商船(chuán)類型所采用的推進技(jì)術(shù)，以明(míng)确分析該技(jì)術(shù)帶來(lái)的絕對年度CO2當量的減排量以及每噸CO2當量的相關減排成本。本文旨在推動有(yǒu)關商船(chuán)推進技(jì)術(shù)的脫碳討(tǎo)論，以加快脫碳措施的實施，推動行(xíng)業的可(kě)持續發展。
能效技(jì)術(shù)手段及效果
為(wèi)了全面評估和(hé)比較各種技(jì)術(shù)可(kě)能産生(shēng)的溫室氣體(tǐ)減排效果，我們充分利用了IMO的數(shù)據收集系統(DCS)和(hé)歐盟的監測、報告和(hé)驗證(MRV)數(shù)據。這兩個(gè)數(shù)據庫的結合為(wèi)我們提供了關于主要商船(chuán)類型(如集裝箱船(chuán)、油輪、散貨船(chuán)和(hé)液化天然氣船(chuán))的CO2排放量的詳細信息。這兩個(gè)數(shù)據庫的共同之處在于，它們都包含了船(chuán)舶的實際燃料消耗數(shù)據。這一點在脫碳背景下尤為(wèi)重要，因為(wèi)它為(wèi)我們提供了與實際船(chuán)隊相比的減排潛力。這些(xiē)基礎數(shù)據還(hái)為(wèi)我們提供了2050年之前的預測數(shù)據，從而有(yǒu)助于評估各船(chuán)型未來(lái)的CO2排放趨勢。
可(kě)以在船(chuán)舶上(shàng)采用以下幾種技(jì)術(shù)，通(tōng)過提高(gāo)能效來(lái)減少(shǎo)CO2排放：
1、節能裝置：有(yǒu)多(duō)種形式，例如，采用高(gāo)效螺旋槳與舵球的組合，可(kě)以節省約8%的排放。如圖1所示，這種裝置在集裝箱船(chuán)上(shàng)的應用取得(de)了顯著的節能效果。
圖1 商船(chuán)中各船(chuán)舶類型的CO2排放總量預測值(非當量)和(hé)能效提升後的CO2排放總量
2、風能輔助推進：對于可(kě)以安裝風帆的船(chuán)型，利用風能輔助推進可(kě)以節省約5%的排放。
3、空(kōng)氣潤滑系統：為(wèi)大(dà)型平底船(chuán)安裝空(kōng)氣潤滑系統，可(kě)以節省約5%的排放。
4、廢熱回收：推進裝置上(shàng)的廢熱回收技(jì)術(shù)可(kě)以回收利用部分能量，節省約5%的排放。
5、EcoEGR(廢氣再循環)：通(tōng)過廢氣再循環技(jì)術(shù)，可(kě)以節省約2%的排放。
6、動力輸出系統：在推進裝置上(shàng)安裝動力輸出系統，可(kě)實現特定船(chuán)舶類型的節能。
7、速度優化：合理(lǐ)調整船(chuán)舶的運行(xíng)速度，可(kě)以實現特定船(chuán)舶類型的節能。
8、替代燃料：使用替代燃料能夠實現不同程度的減排，具體(tǐ)效果取決于燃料類型。如表1所示，不同類型的替代燃料具有(yǒu)不同的減排效果和(hé)優勢。圖1展示了各類船(chuán)舶的CO2總排放量預測值、所需的能效減排量及通(tōng)過節能裝置可(kě)能實現的減排量。所需的能效減排量與能效設計(jì)指數(shù)(EEDI)第三階段緊密相關，而該指數(shù)将于2025年對新船(chuán)生(shēng)效。據推測，通(tōng)過降低(dī)船(chuán)舶的裝機功率，可(kě)以達到EEDI第三階段的标準。相對于船(chuán)隊中的平均船(chuán)舶，EEDI第三階段對各類船(chuán)舶的節能要求分别為(wèi)：集裝箱船(chuán)5%、散貨船(chuán)27%、油輪32%、液化天然氣船(chuán)34%。
表1 商船(chuán)燃料CO2排放系數(shù)(以gCO2e/MJ為(wèi)單位)及其相對于重油的溫室升溫潛能值
通(tōng)過采用節能技(jì)術(shù)，我們還(hái)可(kě)以實現額外的減排量。具體(tǐ)而言，在滿 足EEDI要求的節能基礎上(shàng)，各類船(chuán)舶通(tōng)過節能技(jì)術(shù)可(kě)實現的額外減排量分别為(wèi)：集裝箱船(chuán)25%，散貨船(chuán)18%，油輪18%，液化天然氣船(chuán)為(wèi)26%，這些(xiē)都是各船(chuán)型的平均值。因此，為(wèi)了達到EEDI第三階段要求，我們不僅需要考慮降低(dī)裝機功率，還(hái)可(kě)以通(tōng)過提高(gāo)能效技(jì)術(shù)來(lái)實現節能減排。評估結果表明(míng)，與目前的平均船(chuán)隊相比，節能可(kě)以使集裝箱船(chuán)的CO2減排量達到約30%，散貨船(chuán)達到約45%，油輪達到約50%，液化天然氣船(chuán)達到約60%。
通(tōng)過将各種節能技(jì)術(shù)應用到不同船(chuán)舶類型，并結合速度優化，我們可(kě)以實現有(yǒu)效減排。同時(shí)，也應考慮船(chuán)上(shàng)功率消耗、附加波浪阻力的相對增加及執行(xíng)相同運輸任務的船(chuán)舶數(shù)量。不同船(chuán)舶類型的減排潛力存在差異，這種差異主要源于在考慮上(shàng)述因素時(shí)各船(chuán)舶在降速方面的潛力不同。
商船(chuán)的平均壽命約為(wèi)25年，這意味着現在新建的船(chuán)舶必須能夠實現在2050年左右達到淨零排放的目标。此外，在2050年之前，使用化石燃料的船(chuán)舶可(kě)能會(huì)面臨支付未知碳稅的風險，而在2050年及之後，船(chuán)舶必須實現淨零排放，否則可(kě)能會(huì)面臨其他處罰或地理(lǐ)禁令。因此，新建船(chuán)舶需要具備使用替代燃料的能力。根據圖1和(hé)表1的數(shù)據，我們可(kě)以看到，即使采用所有(yǒu)相關的節能設備和(hé)措施，基于化石原料的燃料仍然不足以實現淨零排放的目标。為(wèi)了向碳中和(hé)過渡，生(shēng)物液化天然氣、生(shēng)物甲醇和(hé)生(shēng)物燃料油等替代燃料是可(kě)行(xíng)的選擇。但(dàn)要實現碳中和(hé)或無碳運輸，電(diàn)子燃料是必不可(kě)少(shǎo)的。目前，電(diàn)子燃料仍處于稀缺狀态，因此需要節能技(jì)術(shù)來(lái)加速和(hé)擴大(dà)航運業的脫碳實施，并确保在電(diàn)子燃料達到所需規模之前能夠減少(shǎo)碳排放。
随着2050年的日益臨近，預計(jì)法規将會(huì)逐步收緊，并通(tōng)過一系列目前尚未明(míng)确的中間(jiān)措施來(lái)實施。對于現有(yǒu)的船(chuán)舶，它們需要評估各種合規選項，這一過程将取決于它們各自的使用壽命。對于部分船(chuán)舶而言，采取節能措施可(kě)能足以在中期內(nèi)滿足合規要求。然而，對于其他船(chuán)舶，可(kě)能需要進行(xíng)改裝以使用更清潔的燃料，或者依賴于先進的生(shēng)物燃料來(lái)實現合規。在考慮這些(xiē)選項時(shí)，船(chuán)東和(hé)運營商還(hái)應将其與替代方案進行(xíng)比較。例如，相對于改裝船(chuán)舶，支付碳稅可(kě)能适用于某些(xiē)船(chuán)型和(hé)一定船(chuán)齡的船(chuán)舶。因此，對于每艘船(chuán)舶來(lái)說，都需要進行(xíng)詳細的業務案例分析，以确定最适合的合規選項。
絕對年度減排量及相關減排成本現在我們重點來(lái)討(tǎo)論推進技(jì)術(shù)，并從兩個(gè)維度評估不同技(jì)術(shù)和(hé)船(chuán)舶類型在減排方面的差異：絕對年度減排潛力和(hé)每噸CO2當量減排成本。我們将以新巴拿(ná)馬型集裝箱船(chuán)、2000标準箱的支線船(chuán)和(hé)卡姆薩爾型散貨船(chuán)這3種大(dà)運量船(chuán)舶類型(參見圖2)為(wèi)例進行(xíng)評估，并以使用重燃油(每噸630美元的低(dī)硫燃料油)的二沖程發動機為(wèi)基準(圖3—5中縮寫為(wèi)2S VLSFO)，展示不同技(jì)術(shù)路徑的年度減排潛力和(hé)減排成本。在評估中，我們還(hái)将推進技(jì)術(shù)與能夠減少(shǎo)CO2排放的燃料(相對于重燃油而言)相結合。
圖2 船(chuán)舶尺寸、安裝效果和(hé)能源消耗的對比
圖3 在新巴拿(ná)馬型集裝箱船(chuán)上(shàng)，采用不同的推進技(jì)術(shù)對CO2當量減排量的影(yǐng)響
圖4 在2000标準箱的支線船(chuán)上(shàng)，采用不同的推進技(jì)術(shù)對CO2當量減排量的影(yǐng)響
圖5 在卡姆薩爾型散貨船(chuán)上(shàng)，采用不同的推進技(jì)術(shù)對CO2當量減排量的影(yǐng)響
我們評估各種二沖程雙燃料發動機的運行(xíng)情況，包括使用合成甲醇、合成甲烷和(hé)合成氨作(zuò)為(wèi)燃料的發動機。目前，甲醇和(hé)甲烷的二沖程雙燃料技(jì)術(shù)已經達到了9級的技(jì)術(shù)就緒指數(shù)(TRL)，意味着這些(xiē)技(jì)術(shù)在現實環境中已經得(de)到了驗證。相比之下，氨的二沖程雙燃料技(jì)術(shù)目前處于TRL4，即僅在實驗室環境中進行(xíng)了驗證。然而，預計(jì)在2025年左右，經過全尺寸測試後，氨的二沖程雙燃料技(jì)術(shù)将達到TRL9。為(wèi)了最大(dà)程度地減少(shǎo)CO2排放，這些(xiē)發動機還(hái)可(kě)以配備PTO軸帶發電(diàn)、廢熱回收和(hé)合成引燃油噴射等技(jì)術(shù)。此外，本節還(hái)評估了使用液化天然氣運行(xíng)的二沖程雙燃料發動機，以及帶有(yǒu)PTO軸帶發電(diàn)、廢熱回收與合成引燃油噴射的液化天然氣發動機，旨在提高(gāo)發動機的效率和(hé)性能。同時(shí)在柴油循環發動機全生(shēng)命周期的技(jì)術(shù)上(shàng)，液化天然氣相對于重油具有(yǒu)約17%的CO2排放優勢。所有(yǒu)液化天然氣推進系統元件的技(jì)術(shù)就緒指數(shù)均為(wèi)TRL9。
1、帶有(yǒu)船(chuán)載碳捕集技(jì)術(shù)的二沖程發動機
船(chuán)載碳捕集與封存(CCS)系統可(kě)與使用液化天然氣或超低(dī)硫燃油等燃料運行(xíng)的二沖程發動機結合使用。超低(dī)硫燃油被認為(wèi)在CCS設施中可(kě)以最大(dà)限度地減少(shǎo)胺的降解。目前，船(chuán)載碳捕集技(jì)術(shù)已經處于TRL5—6階段，該技(jì)術(shù)已經在船(chuán)上(shàng)進行(xíng)了驗證，并正在或已經進行(xíng)了技(jì)術(shù)試點。目前正在商船(chuán)上(shàng)進行(xíng)普及的船(chuán)載碳捕集系統是基于有(yǒu)機胺的。這種技(jì)術(shù)已經經過評估，但(dàn)關于捕集或儲存的碳的處理(lǐ)技(jì)術(shù)尚未進行(xíng)評估。可(kě)以預見，對船(chuán)上(shàng)捕集和(hé)儲存的碳進行(xíng)卸載和(hé)記錄會(huì)給船(chuán)舶運行(xíng)帶來(lái)一定的複雜性。然而，在以下的減排成本核算(suàn)中并未将其計(jì)算(suàn)在內(nèi)。為(wèi)了進一步評估這種技(jì)術(shù)的實際應用效果，需要更高(gāo)的技(jì)術(shù)就緒指數(shù)。
2、燃料電(diàn)池+二沖程發動機
我們評估了兩種燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)：固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池和(hé)聚合物交換膜燃料電(diàn)池。盡管燃料電(diàn)池可(kě)用于合成燃料生(shēng)産等船(chuán)用燃料生(shēng)命周期中的其他用途，但(dàn)本文主要關注其在推進方面的應用，即為(wèi)驅動螺旋槳的電(diàn)動機提供能量。評估結果顯示，燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)可(kě)以根據需要進行(xíng)擴展或堆疊，以滿足三類船(chuán)舶所需的功率。
對于固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池，我們考慮使用液化天然氣、合成甲醇和(hé)合成氨作(zuò)為(wèi)燃料的情況。而聚合物交換膜燃料電(diàn)池則使用合成甲醇和(hé)合成氨作(zuò)為(wèi)燃料。大(dà)型船(chuán)舶的燃料電(diàn)池推進技(jì)術(shù)根據所使用的燃料具有(yǒu)不同的技(jì)術(shù)就緒指數(shù)。具體(tǐ)來(lái)說，使用液化天然氣和(hé)氨的固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池處于TRL7，而使用甲醇的固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池則處于TRL3。對于聚合物交換膜燃料電(diàn)池，使用甲醇和(hé)氨的情況均處于TRL3。此外，關于燃料電(diàn)池的使用壽命，目前尚不明(míng)确。因此，我們的評估假設在船(chuán)舶壽命期間(jiān)，燃料電(diàn)池堆能夠持續工作(zuò)。然而，考慮到可(kě)能需要在船(chuán)舶壽命期間(jiān)進行(xíng)維護或更換，這可(kě)能會(huì)顯著增加減排成本。我們還(hái)假設燃料電(diàn)池與其他能源轉換器(qì)一樣，可(kě)以使用相同質量的燃料。如果需要更高(gāo)純度的燃料以避免對燃料電(diàn)池的性能産生(shēng)影(yǐng)響，這可(kě)能會(huì)增加操作(zuò)成本。
3、蓄電(diàn)池+二沖程發動機
經過初步評估，我們發現對于本文所關注的3種船(chuán)型而言，蓄電(diàn)池的功耗過高(gāo)，導緻減排成本顯著增加。由于貨物排水(shuǐ)量較大(dà)，蓄電(diàn)池在商船(chuán)運輸中不具備商業價值。目前，蓄電(diàn)池在航運中的優勢主要體(tǐ)現在近岸航運領域，而非遠洋商船(chuán)的推進領域。然而，蓄電(diàn)池在大(dà)型遠洋船(chuán)舶的船(chuán)載電(diàn)網中可(kě)能得(de)到有(yǒu)效應用。在評估過程中，我們考慮了多(duō)個(gè)因素，包括技(jì)術(shù)成本、船(chuán)上(shàng)供應和(hé)儲存系統、貨物空(kōng)間(jiān)損失成本(如适用)、資本成本、燃料成本和(hé)技(jì)術(shù)效率等。燃料成本對減排成本的影(yǐng)響尤為(wèi)顯著，其中重燃油的價格設定為(wèi)每吉焦11美元，化石液化天然氣為(wèi)8美元，合成甲醇為(wèi)61美元，合成氨為(wèi)48美元。
4、搭載二沖程發動機的新巴拿(ná)馬型集裝箱船(chuán)
根據圖3，二沖程雙燃料發動機使用合成氨燃料的絕對減排潛力為(wèi)每年約92千噸CO2當量，減排成本為(wèi)每噸460歐元。若在二沖程氨燃料發動機中集成PTO軸帶發電(diàn)、廢熱回收和(hé)合成引燃油噴射技(jì)術(shù)，每年可(kě)減少(shǎo)多(duō)達102千噸CO2當量，減排成本降低(dī)至每噸450歐元。然而，這種配置會(huì)使推進方案變得(de)更為(wèi)複雜。對于一些(xiē)發動機運營商而言，标準氨燃料發動機因其簡潔性比有(yǒu)多(duō)種附加技(jì)術(shù)的發動機更受歡迎。對于二沖程甲醇發動機，其絕對減排量為(wèi)每年約93千噸，成本為(wèi)每噸640歐元。電(diàn)制(zhì)甲烷的絕對減排量也約為(wèi)每年93千噸，成本為(wèi)每噸500歐元。若采用相同的節能技(jì)術(shù)，甲醇和(hé)電(diàn)制(zhì)甲烷的絕對減排量分别增至98千噸和(hé)96千噸，成本則分别降至每噸590歐元和(hé)每噸510歐元。
使用甲醇和(hé)氨的燃料電(diàn)池具有(yǒu)相對較高(gāo)的絕對年減排量，減排量介于96至103千噸之間(jiān)，減排成本在每噸580至1020歐元之間(jiān)。與二沖程發動機相比，盡管這實現了更高(gāo)的絕對年度減排量，但(dàn)是其成本也相應地高(gāo)達兩倍。
具有(yǒu)船(chuán)載碳捕集技(jì)術(shù)的二沖程發動機在使用液化天然氣時(shí)，每年能夠實現約80千噸的CO2當量減排，減排成本為(wèi)每噸460歐元。而當使用超低(dī)硫燃料油時(shí)，每年減排量約為(wèi)77千噸CO2當量，成本則升至每噸1590歐元。需要注意的是，該系統及其相關成本并未包括卸載捕集/儲存碳的部分，同時(shí)也不包括碳經濟可(kě)能帶來(lái)的潛在收益。目前，碳經濟的模式和(hé)潛力尚不确定，因此這也為(wèi)船(chuán)上(shàng)的碳捕集帶來(lái)了相應的風險。
使用液化天然氣為(wèi)燃料的二沖程發動機每年能夠實現約13千噸的CO2當量減排，減排成本為(wèi)每噸790歐元。而當該發動機配置了PTO軸帶發電(diàn)、廢熱回收以及合成引燃油噴射技(jì)術(shù)後，每年減排量大(dà)幅提升至約27千噸CO2當量，同時(shí)減排成本降低(dī)至每噸440歐元。通(tōng)過将船(chuán)載電(diàn)力生(shēng)産轉移至二沖程內(nèi)燃機，軸帶發電(diàn)機與使用四沖程輔助發電(diàn)機組發電(diàn)相比，具有(yǒu)明(míng)顯減少(shǎo)甲烷逃逸的優點，從而對減排效果産生(shēng)顯著影(yǐng)響。沼氣和(hé)合成甲烷是另外兩種可(kě)用于提高(gāo)絕對減排量的替代燃料。在過渡階段，這兩種燃料的減排效果尤為(wèi)顯著，但(dàn)相應的每噸成本也會(huì)有(yǒu)所增加。
最後，使用液化天然氣為(wèi)燃料綠色航運Green Shipping的固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池每年能夠實現約23千噸的CO2當量減排。盡管減排效果可(kě)觀，但(dàn)這一技(jì)術(shù)的成本相對較高(gāo)，每噸的減排成本達到1140歐元。
5、搭載二沖程發動機的2000标準箱的支線船(chuán)
對于2000标準箱的支線船(chuán)和(hé)新巴拿(ná)馬型集裝箱船(chuán)而言，其絕對減排和(hé)減排成本的模式存在一定的相似性——這主要适合較小(xiǎo)規模的船(chuán)舶和(hé)較低(dī)的能源消耗。與新巴拿(ná)馬型集裝箱船(chuán)相比，2000标準箱的支線船(chuán)的年度排放量較低(dī)，因此無論采用何種技(jì)術(shù)，其絕對減排潛力相對較小(xiǎo)。推進技(jì)術(shù)在圖4中的相對位置雖然相似，但(dàn)仍存在一些(xiē)例外情況。例如，較低(dī)的功率消耗——新巴拿(ná)馬型船(chuán)的能耗約為(wèi)126吉瓦時(shí)，而支線船(chuán)的能耗約為(wèi)42吉瓦時(shí)——導緻二沖程發動機在使用液化天然氣時(shí)的成本增加，減排成本超過每噸1030歐元，這是因為(wèi)相對較低(dī)的能耗，導緻液化天然氣系統的初始投資成本相對較高(gāo)。
在固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池的使用上(shàng)，情況有(yǒu)所不同。使用液化天然氣的燃料電(diàn)池成本每噸降低(dī)了220歐元，這是因為(wèi)大(dà)型集裝箱船(chuán)與支線船(chuán)在安裝效果上(shàng)存在差異。大(dà)型集裝箱船(chuán)傾向于安裝備用容量高(gāo)的大(dà)型發動機，而小(xiǎo)型集裝箱船(chuán)的安裝效果與其實際使用效果更為(wèi)匹配。因此，對于支線船(chuán)而言，其燃料電(diàn)池方案的規模較小(xiǎo)，減排成本為(wèi)每噸920歐元 ；而新巴拿(ná)馬型船(chuán)的減排成本則接近每噸1140歐元。根據計(jì)算(suàn)，假設液化天然氣的成本低(dī)于其他燃料，結合船(chuán)載碳捕集技(jì)術(shù)的二沖程雙燃料發動機理(lǐ)論上(shàng)可(kě)以實現中等偏上(shàng)的絕對減排量。然而，在TRL5—6階段，實際成本仍無法确定。此外，還(hái)涉及到與卸載和(hé)認證/文件相關的财務和(hé)實際風險及系統複雜性增加的風險。
6、搭載二沖程發動機的卡姆薩爾型散貨船(chuán)
卡姆薩爾型散貨船(chuán)的絕對減排潛力和(hé)減排成本也呈現出與前述船(chuán)型相似的模式。然而，它在本文所討(tǎo)論的三種船(chuán)型中的能耗最低(dī)，僅為(wèi)24吉瓦時(shí)，因此其絕對減排潛力也相應較低(dī)。對于這種船(chuán)型，使用液化天然氣二沖程雙燃料發動機的成本相對較高(gāo)。這主要是因為(wèi)與大(dà)型船(chuán)舶相比，較小(xiǎo)的船(chuán)舶在使用液化天然氣系統時(shí)的資本支出與能源消耗之間(jiān)的比例更大(dà)。如果不采用任何節能技(jì)術(shù)，其減排成本為(wèi)每噸1470歐 元。然而，如果結合PTO軸帶發電(diàn)和(hé)廢熱回收技(jì)術(shù)，減排成本可(kě)以降至每噸940歐元。
綜上(shàng)所述，對于大(dà)型商船(chuán)或高(gāo)能耗船(chuán)舶而言，最經濟且簡便的脫碳方式是采用氨燃料發動機，其次是甲醇發動機和(hé)電(diàn)制(zhì)甲烷發動機。
而對于小(xiǎo)型商船(chuán)和(hé)低(dī)能耗船(chuán)舶，甲醇相比氨燃料更具優勢，因為(wèi)甲醇的資本支出增加相對有(yǒu)限。通(tōng)過結合各種附加技(jì)術(shù)，可(kě)以略微降低(dī)年度絕對減排量和(hé)減排成本，但(dàn)代價是機艙的結構變得(de)更加複雜。燃料電(diàn)池的年度絕對減排量較高(gāo)，但(dàn)成本高(gāo)于二沖程發動機。目前該技(jì)術(shù)仍在開(kāi)發階段。此外，船(chuán)載碳捕集技(jì)術(shù)也在研發中，可(kě)作(zuò)為(wèi)短(duǎn)期合規的過渡方案，但(dàn)還(hái)不足以在2050年實現淨零排放。因此，除了燃料電(diàn)池和(hé)碳捕集技(jì)術(shù)外，還(hái)需要其他技(jì)術(shù)的支持。總體(tǐ)而言，燃料電(diàn)池和(hé)碳捕集技(jì)術(shù)在岸上(shàng)應用中可(kě)能對航運脫碳作(zuò)出主要貢獻，例如在燃料生(shēng)産過程中；因為(wèi)與船(chuán)上(shàng)應用相比，這些(xiē)技(jì)術(shù)的效率和(hé)成本都可(kě)能得(de)到進一步優化。
未來(lái)展望
IMO修訂後的溫室氣體(tǐ)戰略與《巴黎協定》第2條的2℃淨零航運路徑保持一緻。然而，在2023年夏天的MEPC 80會(huì)議後，一些(xiē)批評人(rén)士對該戰略與1.5℃溫控目标不一緻表示失望。但(dàn)為(wèi)單一行(xíng)業設定不同目标可(kě)能會(huì)帶來(lái)不公平的競争優勢，因此對航運業設定額外目标可(kě)能是一種懲罰。如果航運部門(mén)能夠證明(míng)其在運營中實施和(hé)推廣脫碳技(jì)術(shù)的能力，那(nà)麽溫室氣體(tǐ)戰略有(yǒu)可(kě)能進一步修訂。但(dàn)在作(zuò)出這樣的決定之前，航運業需要得(de)到其他部門(mén)的承諾，确保這些(xiē)部門(mén)也緻力于實現1.5℃溫控目标，而不是2℃。這種承諾可(kě)以在締約方會(huì)議上(shàng)正式達成。一旦《聯合國氣候變化框架公約》的締約國簽署新的協議，航運業将做(zuò)好準備，确保所有(yǒu)部門(mén)都能在平等的商業條件下運營。
在等待IMO的中期措施期間(jiān)，我們的初步結論是，雙燃料發動機，尤其是與節能技(jì)術(shù)相結合，将更有(yǒu)利于新建船(chuán)舶。随着2050年的臨近，這一趨勢預計(jì)将進一步穩固和(hé)加強。對于現有(yǒu)船(chuán)舶，尤其是大(dà)型或高(gāo)能耗船(chuán)舶，将燃油發動機改裝雙燃料發動機具有(yǒu)明(míng)顯優勢。在某些(xiē)情況下，僅進行(xíng)能效改裝可(kě)能就足以符合未來(lái)的排放要求，但(dàn)這具體(tǐ)取決于船(chuán)舶的船(chuán)齡和(hé)運營模式。
在訂購新船(chuán)時(shí)，考慮到未來(lái)潛在的改裝需求，可(kě)能會(huì)存在一定的風險。如果幾年後改裝需求激增，船(chuán)廠可(kě)能無法應對所有(yǒu)改裝任務，從而無法确保每艘船(chuán)都能得(de)到及時(shí)和(hé)高(gāo)質量的改裝。通(tōng)過在新船(chuán)訂購時(shí)選擇雙燃料發動機，則可(kě)以提前鎖定雙燃料建造的船(chuán)廠建造船(chuán)位。
為(wèi)了推動海事領域的脫碳化，必須确保有(yǒu)足夠數(shù)量的淨零排放燃料與推進技(jì)術(shù)相匹配。這意味着需要對能源價值鏈進行(xíng)投資，并優先考慮航運業的利益。面對“先有(yǒu)雞還(hái)是先有(yǒu)蛋”的困境，我們需要同時(shí)部署技(jì)術(shù)和(hé)拓展合成燃料的可(kě)用性。因此，船(chuán)東在為(wèi)新建船(chuán)舶選擇減排技(jì)術(shù)時(shí)，能源供應商也需要确保合成燃料的供應能夠滿足船(chuán)隊的運行(xíng)需求。在實踐中，電(diàn)制(zhì)甲醇、電(diàn)制(zhì)氨和(hé)電(diàn)制(zhì)甲烷等合成燃料将具有(yǒu)市場(chǎng)需求。作(zuò)為(wèi)淨零燃料價值鏈的一部分，我們需要擴大(dà)綠氫的生(shēng)産規模。來(lái)自碳稅的資金可(kě)以有(yǒu)效地用于支持這一目标的實現。
海事能源轉型已經開(kāi)始，該行(xíng)業正在逐步擴大(dà)規模并實施脫碳技(jì)術(shù)。
