船舶减排“先立后破”

发布机构:hgx   发布日期:2022-04-16   修改日期: 2022-04-16   浏览次数:656   字体显示:

       国际航运承担了全球85%以上的国际贸易运输量,其2018年温室气体排放量约为10亿吨,占全球总排放量的2.89%,航运减排问题受到国际社会的高度关注。

 

       近日,记者采访有关专家学者了解到,随着航运摆脱对多碳石油的依赖并转向更清洁的船用燃料,业界围绕各种低碳、零碳燃料开展了不同程度的技术研发及工程实践,鉴于船舶燃料低碳转型是一项长期、复杂的系统工程,船用清洁燃料的推广及规模化应用还需从多方面因素综合考虑。

 

多方施策共同推进

 

        记者梳理发现,2018年,国际海事组织(IMO)MEPC72次会议通过了《船舶温室气体减排初步战略》,对航运业应对气候变化行动做出了总体部署;2019年12月,欧委会发布应对气候变化新政《欧洲绿色协议》,提出到2050年欧洲在全球范围内率先实现“气候中和”;2021年7月,欧盟委员会正式发布了一揽子立法与政策提案(Fitfor55)。上述初步战略、绿色协议、政策提案均对减排提出了相应要求。其中初步战略要求,到2050年国际航运温室气体排放强度较2008年力争降低70%,年度总排放量较2008年至少减少50%,并努力在本世纪内逐步消除海运温室气体排放。

 

       随着气候变化问题的热度持续提升,根据部分激进组织的评估,为了实现总量降低50%的目标,应提出更加严格的碳强度降低要求。并且,部分国家和组织甚至提出2050年实现国际航运温室气体净零排放的目标,全球航运业也在COP26会议上公开呼吁联合国将航运业完全脱碳的时间缩短至2050年。

 

       对此,中国船级社(CCS)武汉规范研究所研发部副主任吴顺平表示,“如今欧盟有关温室气体减排的政策相对于IMO来说更加激进,欧盟制定的时间表和减排要求更高,欧美主要发达国家、非政府组织等纷纷呼吁加快国际航运温室气体减排步伐,通过各种方式和途径向IMO施加压力。在此背景下,IMO在2023年对温室气体减排初步战略进行调整以形成减排最终战略时,极有可能将原来本世纪内逐步消除海运温室气体排放的目标提前到2050年,这将对国际航运温室气体减排路线图、时间表产生重大而深远的影响。”

 

       面对巨大的减碳压力,IMO在初步战略发布时提出了达到二氧化碳减排目标的技术候选措施,分为短期、中期和长期候选措施,并持续制订修订了EEDI、SEEMP、EEXI和CII等能效措施,不断推动船舶应用能效提升技术和装置。然而,行业普遍认为仅依靠上述短期技术措施只能实现一部分脱碳,能效措施始终贯穿减排进程,但其作用和效果日益有限。从长远看,航运业需要逐步使用低碳/零碳清洁燃料,并考虑市场机制发挥的补充和促进作用。加快能源低碳转型,以实现航运绿色低碳可持续发展。

 

       从技术层面探索可行的船舶减排路径,使用清洁燃料替代传统燃油,是实现IMO初步战略、完成碳中和目标的根本性解决方案。目前,清洁燃料在船队及手持订单中的应用正在稳步推进。克拉克森统计数据显示,截至2021年11月初,以总吨计,全球船队中约4.2%的船舶可使用清洁燃料,手持订单中这一比例达到34%。

 

主流燃料发展现状

 

       2021年11月,CCS在上海北外滩国际航运论坛上发布了《航运低碳发展展望2021》,该报告明确指出船舶实现碳减排的路径很多,其中船用清洁燃料担当减排“C位”。由于航运业运输量庞大,船舶航行于不同国家和地区之间,复杂的温室气体排放导致目前减排形势相当严峻,因此从船舶碳减排的情况来看,选择合适的清洁能源作为船用燃料至关重要。

 

       从目前发展趋势来看,清洁能源主要分为低碳燃料和零碳燃料,同时还应考虑能源全生命周期碳排放情况,使用生物质或可再生能源制取的零碳燃料以实现最终零排放。目前,业界重点开展了以LNG、甲醇、氢、氨等为代表的低碳和零碳燃料船上应用研究和实践,从燃料层面为航运温室气体减排提供了多种可能的方向。

 

       从世界范围来看,LNG燃料动力船舶发展引起了各国高度重视,在新建船舶和燃料补给基础设施方面都投入较大。目前,全球LNG燃料动力船舶数量约600余艘,已覆盖油船、集装箱船、散货船、邮轮和客渡船等主要船型,国内已新建/改造LNG燃料动力船超过300余艘,其应用水域已涉及沿海、长江、珠江和京杭运河等水域,现实水域全覆盖,船型全覆盖。

 

       然而,LNG作为目前主流船用燃料依旧具有“双面性”。吴顺平表示,从船舶燃料的安全性、经济性、技术成熟度(配套能力)、法规完备性、可供应性等综合适应性分析来看,LNG都具有其他替代燃料(如氢、氨、甲醇等)不可比拟的优势,对于采用LNG燃料的船舶,未来改装成零碳燃料(例如:氨燃料)动力也较为容易。此外,与甲醇、氨等其他替代燃料相比,LNG燃料舱的体积、布置位置等在船舶营运时可能造成的装货损失、经济损失更小。虽然LNG燃料船舶存在上述诸多优势,但在整体发展上依旧面临一些问题,一是减排贡献度有限(约10—20%),这是因为天然气本身含有碳;另一个是LNG使用中甲烷逃逸对温室气体排放带来一定影响。“其实在船舶应用方面,终端逃逸量并不大。而且这个问题通过后天技术跟进,逐步优化和改善,是可以得到解决的。”多部门产业联盟SEA/LNG的研究也证实了这一点。此外,LNG价格受市场波动起伏较大,且不同环境下的LNG气源供应不稳定,缺乏合理的定价机制和供应体系。

 

        同时,针对目前热度最高的争议“LNG是否为过渡性燃料,将来是否会被替代”,吴顺平表示,我国能源领域诸多研究机构的预测均表明,天然气在我国能源结构中将作为长期性的主力能源。对于水运行业而言,考虑到天然气在能源可供性、减排贡献度、经济性、技术成熟度、法规完备性等方面具有综合优势,到2035年前天然气都具备较好的发展前景,所以LNG在目前船用清洁燃料上是占优势的。但这也并不代表LNG在未来一定会被替代,因为LNG技术也会随着发展持续革新、取长补短,所以此争议是要通过未来技术发展去验证的。

 

       “LNG是目前最佳的过渡能源,但不能固化地认为它只能作为过渡燃料,坐等其它清洁能源到来。随着现代科技的快速发展,生物质甲烷、电合成甲烷等可再生能源制取技术正在加紧研发,以实现净零排放,这将让现有装置可延续使用天然气作为清洁燃料,并且发动机技术也正在不断优化改进设计,将有效解决甲烷逃逸等问题。”吴顺平说。

 

       从中长期趋势看,零碳燃料氢、氨是未来实现船舶零排放的重点发展方向。目前,业界已经针对氢燃料动力船开展了少量的研究及试点项目,船用技术装备、规范标准、基础设施等也将逐步发展完善。同时,吴顺平表示,在储氢方面,工业应用技术还不够成熟。“一是氢分子较小,极易钻进金属材料的内部,导致材料氢脆损伤;二是储氢能量密度不高,不利于储能,运输也极不方便;三是氢的可燃浓度范围较广,容易引发火灾爆炸等事故。所以对于氢燃料动力装备技术要求极高,进而导致成本增加。”目前,高压气态储氢在汽车行业应用已相对较为成熟,但适合船用的高密度储氢技术尚无理想解决方案,由于能量密度的限制,氢燃料目前仅适用于短程航行、小功率的船舶,要满足国际远洋航行船舶的应用需求,尚需进一步发展液氢储存技术或在线重整制氢技术。

 

       从技术角度而言,氨燃料较氢燃料更易于在船上应用,液氨体积能量密度约为液氢的1.5倍,其储存及供应相对容易,是一种较为理想的能量载体,适用于续航里程较长的船舶。吴顺平表示,“氨是一种富氢化合物,不含碳,使用氨作为燃料不产生二氧化碳,但氨燃料发动机需要引燃装置且燃烧会产生氮氧化物,尤其是氧化亚氮对温室气体影响极大,所以进一步解决引燃技术及氮氧化物排放等问题,是氨成为‘零碳’燃料的一个核心攻关点。其次,氨具有毒性,国际法规明确规定不允许使用有毒介质作为燃料,因此如何解决氨的毒性,针对毒性进行安全防护研究,保证其作为燃料可以安全使用,也是必须要解决的问题。”

 

能源转型未来趋势

 

       针对我国未来航运减排之路如何发展,吴顺平表示,基于经济稳定增长与能源保供的客观需求,我国必须坚守能源安全的底线,在航运能源低碳转型过程中坚持“先立后破”的原则,统筹考虑我国能源现状、资源禀赋、能源安全与船舶适应性综合选择。

 

       面向短中期的碳达峰目标,国内船舶减碳路径应以“节约优先”为导向,重点推进LNG燃料在船上应用。面向远期的碳中和目标,总体上应遵循“安全降碳”原则,相信业界会在2030年之前针对氢、氨等零碳燃料开展小规模试点应用,建立技术储备、积累风险防范经验,为探索面向碳中和目标的“安全降碳”发展路径奠定基础。

 

       目前有一定应用经验和发展潜力的船用清洁燃料主要包括LNG、甲醇、生物柴油、氢和氨,业界正在探索研发适用于上述清洁燃料的最佳动力装置。“实现航运业碳减排不能‘一刀切’,应该想方设法从源头解决问题。从全生命周期碳排放角度考虑,基于传统化石能源制取的燃料仍会造成部分温室气体排放,未来将逐步转向可再生能源电合成和生物质制取途径终极方案。”吴顺平说。

 

       CCS《航运低碳发展展望2021》认为,未来随着绿色燃料产业链的逐步成熟,绿色甲醇和绿氨预计将超过LNG成为最具竞争力的船舶清洁燃料。兼顾能源安全与船舶适应性,甲醇和氨是我国未来最适合发展的船舶清洁燃料。在航运能源低碳转型的初期,化石基甲醇和氨是很好的过渡燃料;在航运能源低碳转型的中后期,绿色甲醇和绿氨将是强有力的竞争者。

 

        此外,在清洁燃料应用方面,不同航运领域的最佳方案将有较大差异。“对于国内船舶而言,由于其吨位相对较小、燃料补给方便,结合不同清洁燃料/动力装置对船型的适应性,从短期内应用LNG、电池动力逐步过渡到未来应用甲醇、氢、电池、燃料电池是较为可行的发展路径;对于国际航行船舶,由于航程远、吨位大等特点,对续航力、动力装置功率、燃料可获得性有更高要求,因此短期内LNG是较为合适的燃料,未来将逐步过渡到甲醇、氨等清洁燃料。”同时吴顺平表示,现阶段国内船舶围绕LNG、甲醇、电池动力、氢、氨等其他清洁能源的应用开展了不同程度的研究和实践,但尚未就船舶能源的低碳发展形成明确一致的结论。

 

        那么在如今的减排目标下,船舶应用清洁燃料还将面临哪些挑战?

 

       CCS《航运低碳发展展望2021》认为,实现清洁燃料在航运业规模化应用的最大挑战,来自燃料的可获得性。尽管部分零碳燃料,如氨作为化工产品的规模化生产和储运、分销已经非常成熟,但航运减碳政策中对全生命周期碳排放强度的关注,需要供应采用绿色制备工艺生产的燃料。与国际航运业所需的亿吨级的燃料消耗量相比,目前绿色制备工艺生产的电制燃料仍在百万吨级的规模,远不能满足需求;而生物质绿色燃料的规划产量,相较于航运业对燃料的需求,更是杯水车薪。零碳燃料的可获得性和可持续性,是规模化应用和实现碳中和目标的瓶颈问题。

 

      同时,吴顺平表示,在船舶使用端,现阶段可供航运业选择的零碳燃料主要有氨和氢,二者都属于易燃介质且都存在材料兼容性的特殊要求。此外,氢燃料的高压特性、氢脆特性以及氨燃料的毒性等都会对燃料的加注、储存、利用等构成安全挑战。氨和氢燃料的加注基础设施、海上运输装备以及船用应用动力装置等均有待进一步研发。

 

       在船舶运营端,“船舶运营涉及广泛,从宏观到微观,牵一发而动全身,未来的减排之路具有一定风险与不确定性。”吴顺平说。CCS《航运低碳发展展望2021》也指出航运公司除需要应对燃料的供应和使用等中观和微观层面的经营性和技术性问题以外,还要面对在全球经济和社会实现脱碳的进程和实现碳中和以后,国际间和各国国内水运的货物种类、物流方向、运输总量会发生何种变化等战略性问题。

 

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