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环球零碳
碳中和领域的《新青年》
摘要：最适合国际航运的可再生燃料是甲醇和氨，但需要来自先进的生物燃料或绿色合成燃料。从船东的角度来看，灵活性对于最大限度地降低财务风险和运营中断也至关重要。
撰文 | Penn
编辑 | 郭郭
→这是《环球零碳》的第271篇原创
承担全球80%贸易运输任务的航运业，如今正面临更为严苛的“脱碳”考验。航运业如何实现绿色转型、助力“双碳”目标的实现备受各界关注。
国际海事组织（IMO）2020 年的数据显示，全球航运业在二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放每年已超过10 亿吨。其中，二氧化碳的排放占据绝对主导，达98%。航运业的碳排放占全球人为活动排放总量的比重已逼近3%。
IMO 预警，如果控制措施不及时落实，预计全球船舶碳排放量在2050 年将飙升150%~250%，占比增至18%。
航运业减排成效的核心在于可替代燃料的生产和供给，即清洁燃料的布局。
对于短距离、点对点或休闲划船，基础设施、电力或持续时间不是关键因素，于是出现了多种选择，例如轻型电池和氢燃料。一旦涉及更长的距离和全球运输，就需要能量密度比较高的燃料。
但哪一种燃料会成为未来主流，是广泛被看好的绿氨，还是目前正在兴起并被很多船东使用的甲醇，却争议很大。
01
航运巨头押注甲醇
自从世界上第一艘甲醇动力改造渡轮“Stena Germanica”于2015 年开始投入运营，国际上就掀起了一股研发甲醇燃料船的浪潮，并取得不错进展。
6月20日，我国首制甲醇双燃料动力绿色船舶在中国船舶集团旗下广船国际交付离厂。4.99万吨甲醇双燃料化学品/成品油船首制船由广船国际自主研发建造，配备了世界领先的甲醇双燃料驱动系统，最高可减少75%的碳排放、15%的氮排放和99%的硫及颗粒物排放。
图说：我国建造的首艘甲醇双燃料动力绿色船舶
来源：广船国际
这标志着中国已熟练掌握甲醇双燃料动力船舶的建造技术，也为甲醇燃料助力全球航运业低碳转型添了把火。
对于船用绿色燃料的选择，航运巨头丹麦马士基公司(Maersk)一直是甲醇燃料的忠实支持者。2021年马士基航运公司选择对氨、甲醇、生物柴油以及木质素等4 种燃料进行研究测试，并宣称将于2023 年启用以甲醇为燃料的支线集装箱船。
2021年7月，马士基在现代尾浦造船订造了1艘3500TEU碳中和甲醇动力集装箱船，成为全球首家订造零碳集装箱船的航运公司。同年8月，马士基在韩国现代重工下单订造了8+4艘16000TEU级甲醇动力集装箱船，这是全球首次搭载甲醇燃料动力发动机的大型船舶，4艘备选订单在今年年初确认生效。
近日，马士基已与韩国三家船厂开始洽商新的甲醇动力系列船舶建造项目，预计建造8+4艘，订单规模22亿美元。如果加上此次计划订造的12艘16000TEU甲醇动力船，马士基的甲醇动力集装箱船手持订单数量将扩大到25艘。
此外，今年马士基还与中集安瑞科、欧洲能源、绿技行(上海)等六家公司建立战略合作伙伴关系，旨在采购绿色甲醇。此举最迟将于2025年把全球绿色甲醇年产能提升至73万吨，并帮助马士基获取远超首批 12 艘新型集装箱船所需的绿色甲醇。
图说：马士基甲醇双燃料动力集装箱船
来源：Maersk
一直以来都是选择投资液化天然气（LNG）动力船的达飞轮船首次尝试投资甲醇动力集装箱船，成为继马士基航运之后第二家建造甲醇动力船的集运巨头。6月3日，达飞集团在其2022年第一季度业绩报告中透露，将订造6艘15000TEU甲醇双燃料船，这是达飞轮船首次订造甲醇动力集装箱船，也是全球第二份甲醇动力万箱船订单。
02
绿氨与甲醇的优劣对比
新型船用燃料主要分为两类：氨和氢等零碳燃料，以及净零碳燃料，后一种主要以甲醇为主。
甲醇燃料船能登上航运舞台并呈快速发展势头，与甲醇作为船舶动力燃料的优势不无关系。
甲醇不含氮氧化物和硫，无色、易燃、易储存，由可持续生物质（通常称为生物甲醇）或通过可再生能源由二氧化碳和氢气制成的可再生甲醇是一种超低碳化学品。据甲醇研究所统计，与常规船用燃料相比，甲醇最多时可减少25% 二氧化碳排放（可再生甲醇减少的更多），减少高达 80% 的氮氧化物排放，并完全消除硫氧化物和颗粒物的排放。
甲醇通常条件下为液体，不需要低温储存和绝热，不仅安全性比LNG 高，而且比较容易获得，价格与低硫燃油相差不大。随着船用车用的推广应用，2020年全球甲醇产量已达到1 亿吨，10 年间翻了一番。目前，全球已有122 个港口可以加注甲醇燃料。在建造、运营成本上，甲醇动力船造价比同规格LNG动力船低22%，比同规格燃油船舶造价高出约10%，但可免征柴油碳税每吨二氧化碳250 至450 美元。
图说：航运船用绿色燃料对比
来源：Longspur Research
清洁能源金融服务商Longspur Research日前发布最新报告《甲醇和航运》，从减排能力、能源密度、成本、易用程度四方面对比不同船用燃料，因甲醇技术成熟、基础设施改造难度小费用低、使用安全、加注便利、成本低，被综合判定为目前海事业船用绿色燃料的最佳选择。而事实上，甲醇也正在迅速发展成为最可行、排放较少且成本最低的一种船用燃料替代品。
跟甲醇相比，绿氨是另一种被业界看好的航运燃料，主要原因是氨在燃烧时不会排放二氧化碳，所以成为关注的焦点。但船舶运营商通常不想使用氨，因为它是有毒的。
图说：替代能源燃料属性对比一览表
来源：[9]、DNV
液态氨的优点是，不仅在体积上的能量密度更高（运输的最重要指标,为 3.5kWh/l）,而且氨的储存与运输要比液态氢（-253度）、液化天然气（-163度）在技术方面要容易，所以在运输和储存方面更具有能效性和优势。氨不像重质燃料油那样能量密度高，但对于船上储存来说是可以接受且经济可行的。与氢气相比，氨具有更高的存储能力。
氨也是一种广泛交易的商品，氨市场已经存在一个全球分销系统，它是一种价格透明的全球商品，在当前工业界具有较大的产量和稳定的供应。100 年来，航运和陆上工业一直将氨作为散货处理。这一经验可用作制定安全法规和确保氨得到安全处理的必要程序的基础。
不可否认的是，氨燃料对人体存在一定毒性，对部分金属具有腐蚀性，而且燃烧时会产生氮氧化物排放，所以在船舶应用上还面临着输送、存储、后续处理和燃烧控制等方面技术挑战。其实，从技术角度来看，氨是安全的，只是人们对氨的看法需要改变，才能被接受为燃料。如果找到了处理安全问题的良好解决方案，这将彻底改变局面。
图说：氨燃料动力集装箱船
来源：[11]
尽管存在一些缺点，但在确保严格的防止泄漏条件下,氨作为绿色船用备选燃料具有很高的潜力，因此在全球航运业中也越来越受欢迎。除了 MAN Energy Solution 努力生产第一艘以氨为燃料的油轮之外，还有一些项目正在进行中。芬兰的瓦锡兰计划开始在挪威斯托德的船用内燃机中测试氨，挪威船东Eidesvik 正和瓦锡兰合作将一艘LNG 双燃料海工辅助船改装为使用氨燃料发动机的船舶，计划于2023 年完工。届时，这将是全球首艘航行于公海的商业化氨燃料动力船。
针对氨，国际能源机构(IEA) 发表的《2020 能源展望》报告显示，预计到2060 年将有60% 以上的新船使用氨或氢燃料。由阿法拉伐、哈夫尼亚、哈尔多·托普索、维斯塔斯和西门子歌美飒共同发布的报告认为，氨有潜力能够为未来全球30% 的海上船队提供动力。
要真正实现氨燃料船舶规模运营，打破技术层面制约还不够，包括燃料生产供应、加注配套设施等在内的产业链畅通，以及标准规范完善同样重要。这些因素直接影响氨燃料的船用经济性和推广效果。
03
也许多元化才是出路？
对航运业而言，船舶未来燃料的选择正在成为新的决定性因素。从目前市场关注的众多选项来看，还没有任何一种燃料能够完全替代传统能源，各种新型燃料从生产、储存、运输、加注等环节都各有优缺点。
图说：各种替代燃料能量密度/舱容对比
来源：[12]、DNV
专业航运信息咨询平台信德海事的负责人陈洋表示，没有一种可替代燃料是“完美”的。虽然LNG 在燃烧过程中能大幅降低硫氧化物排放,但依旧会产生二氧化碳排放，因此，LNG 被认定为船舶减排的一种关键过渡燃料。未来中短期内，在全球船队完全转向可再生零碳燃料的过渡阶段，LNG燃料无疑将持续扮演重要角色。
氢能源的利用被认为是全球未来可持续发展的必然趋势，业界也正围绕氢燃料在内河和近海船舶上的应用开展试点研究。不过，由于能量密度、成本、安全、加注体系等方面的不利因素，氢燃料中短期内应用到大型远洋船舶上的可能性不大。
鉴于LNG燃料减排潜力在中长期上的不足以及氢燃料在能量密度等方面的劣势，船舶领域呼声最高的替代燃料是氢基衍生燃料氨和甲醇。两者相比各有优劣，氨燃料具备无碳优势且成本略低，但氨燃料泄漏会产生有毒气体，且氨燃料燃烧利用率并不高；甲醇则具备技术过渡较成熟、法规明确、基础设施改造难度小费用低、加注便利等优势，但是值得注意的是，对甲醇在火灾危险性、对人体毒性、腐蚀性方面的风险仍需重点关注。
不管是甲醇还是氨，作为燃料，都需要在生产制备时来自可再生能源，也就是说来自绿色甲醇和绿氨，才对航运业脱碳有意义。
正如国际可再生能源署（IRENA） 报告《到 2050 年实现航运业脱碳的途径》认为的，最适合国际航运的可再生燃料是甲醇和氨，但需要来自先进的生物燃料和绿色合成燃料。而从船东的角度来看，灵活性对于最大限度地降低财务风险和运营中断也至关重要。
未来，多种可替代燃料将百花齐放，共同助力航运业减排。
