日前，由中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院(MARIC)與中遠海運重工有限公司、中遠海運能源運輸有限公司聯(lián)合設(shè)計研發(fā)的氨燃料動力VLCC同時獲中國船級社CCS、美國船級社ABS頒發(fā)的原則認可(AIP)證書。

近年來，為實現(xiàn)IMO2050年減排目標，航運業(yè)爭相開展創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用和引進替代燃料等減排措施。而在眾多替代燃料中, 燃燒不產(chǎn)生二氧化碳且便于儲存運輸?shù)囊喊比剂铣蔀榱藰I(yè)界關(guān)注焦點。

優(yōu)劣勢明顯

當前全球氨資源儲備豐富，制備成本更低，同時氨更易于儲存，液氨能量密度比氫高1倍，同樣體積儲存能力是液氫的2倍;在基礎(chǔ)設(shè)施方面，現(xiàn)有氨分銷渠道很成熟，成本低，人類已經(jīng)從氨中實現(xiàn)獲益;目前商用制氨技術(shù)成熟，集合可再生能源制氨，可用性強，應(yīng)用十分廣泛;安全性方面，氨可以以液態(tài)儲存，安全性極高。對環(huán)境影響小，現(xiàn)有氨產(chǎn)業(yè)鏈對環(huán)境影響可控。

根據(jù)氨能源協(xié)會報告，目前氨每年大約生產(chǎn)2億噸，是世界上產(chǎn)量第二大的化工商品。而每噸合成氨產(chǎn)生1.8噸CO₂，我國合成氨年產(chǎn)5000萬—6000萬噸，占全球產(chǎn)量的25%—30%。目前合成氨是第一代灰氨，2030年前生產(chǎn)第二代零碳藍氨(天然氣裂解和CO₂捕集)和第三代可再生能源合成氨都是未來不遠的規(guī)劃。

同濟大學(xué)教授、燃料噴射與燃燒所所長李理光教授介紹：“早在2004年，美國汽車工程協(xié)會就成立了氨能源委員會分會專門研究這個問題，目前已經(jīng)取得了一些相應(yīng)的成果。在船用機上，尤其是大型船舶，已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用。這里的氨用的不是純氨，有的是和柴油混合，有的和天然氣混合，實際上是混合燃燒的燃料。”

今年，Lloyd's List(海事出版物)和 勞氏對航運業(yè)利益相關(guān)者進行的一項調(diào)查顯示，氨將成為2050年最具潛力的三大燃料之一。調(diào)查顯示，預(yù)計氨燃料在航運燃料中的使用量占比將從2030年的7%增長2050年的20%。

不過，值得注意的是，雖然氨不是高度易燃的，但空氣中僅0.25%的濃度即可導(dǎo)致死亡，使該燃料對人具有高度毒性。燃料系統(tǒng)的設(shè)計、制造、操作和維護必須確保船員、港口工作人員和燃料供應(yīng)商的安全。

此外，發(fā)動機中氨的燃燒會釋放一氧化二氮 (N2O，俗稱“笑氣”)，一氧化二氮是排在二氧化碳、甲烷之后的第三大溫室氣體。它所能造成的溫室效應(yīng)的效果大約是二氧化碳的200倍。因此，船上將需要額外的設(shè)備來控制 NOx排放。

行業(yè)加快布局

根據(jù)克拉克森數(shù)據(jù)，替代燃料在船隊及手持訂單中的應(yīng)用正在穩(wěn)步推進。截至2021年11月初，以總噸計，全球船隊中約4.2%的船舶可使用替代燃料，手持訂單中這一比例達到34%。從燃料類型來看，手持訂單中29.7% (548艘)的運力將使用LNG作為燃料，2.5%(95艘)將使用LPG，此外還有1.8%的船舶將使用其他類型燃料，包括甲醇(22艘)、乙烷(10艘)、生物柴油(6艘)、氫(3艘)以及電池動力(116艘)。與此同時，手持訂單中還有24艘“氨預(yù)留”及5艘“氫預(yù)留”船舶，方便日后進行相關(guān)燃料動力的改造。

據(jù)外媒報道，F(xiàn)ortescue Metals Group (FMG) 計劃在 2022 年底前準備好世界上第一艘氨動力船。該公司有大約 100 艘運輸?shù)V石的船只，在這十年內(nèi)將盡快把所有船只改裝成綠氨驅(qū)動。綠氨是通過在可再生能源生產(chǎn)的綠色氨中添加從空氣中吸取的氮氣而制成的

現(xiàn)代重工(HHI)和韓國造船與海洋工程公司(KSOE)已獲得BV 船級社Bureau Veritas的原則認可(AIP)證書，以設(shè)計和開發(fā)氨動力推進的氨運輸船。該運輸船的尺寸與HHI 91K VLGC設(shè)計相似，長227m，寬36.6m，深23.6m。它將裝載四個棱柱型貨艙，總?cè)萘繛?91,000 立方米。

三星重工(SHI)已獲得挪威船級社(DNV)的原則認可(AIP)證書，用于氨燃料就緒的超大型油輪(VLCC)的基本設(shè)計。氨就緒是指目前以液化天然氣(LNG)或柴油為動力，但船舶的船體結(jié)構(gòu)、油箱規(guī)格等很容易轉(zhuǎn)換為以氨為動力的船舶。

日本各家海運企業(yè)也出現(xiàn)了引進氨燃料船的動向。商船三井將比原計劃提前兩年，從2028年開始引進氨燃料船，并在2035年之前投入9000億日元資金，引進110艘使用氨氣等新一代燃料的船舶。一位商船三井董事充滿期待地表示，“預(yù)計2025年開發(fā)發(fā)動機，使用該發(fā)動機的船舶將于2027—2028年問世”。

據(jù)相關(guān)報道，氨燃料船舶的核心部件發(fā)動機也在推進開發(fā)。德國船用發(fā)動機廠商曼恩能源方案公司(MAN Energy Solutions)計劃2024年實現(xiàn)面向大型船舶的氨動力專用發(fā)動機。

據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)測，按不同種類來看，2050年的船舶燃料用量當中氨氣的占比將達到46%，遠遠高于2030年的8%。同時也超過氫氣(16%)。

解決方案待挖潛

航運業(yè)將氨作為散裝貨物運輸已有100多年的歷史，對貨物風險管理有著充分的認知。氨也是最早在船上使用的制冷劑之一，由于其廣泛的可用性、簡單的制造工藝和相對較低的成本，它仍然是漁船制冷設(shè)備的熱門選擇。

但是，航運業(yè)沒有使用氨作為燃料的經(jīng)驗，考慮到安全方面的挑戰(zhàn)，需要對燃料處理和推進系統(tǒng)進行嚴格的風險評估，整個供應(yīng)鏈也必須強制執(zhí)行強有力的安全標準。

為了讓各組織能夠在零碳旅程中做出明智的選擇，LR 創(chuàng)建了海洋解決方案就緒水平 (MSRL) 框架。這是一種標準化的篩選評估，可確保對不同的燃料和技術(shù)進行評估的一致性，從而能夠做出基于實證的決策。

LR 和 UMAS 的研究“零碳燃料的技術(shù)經(jīng)濟評估”(2020 年)給出了氨作為航運燃料與其他替代燃料(包括氫、甲醇、生物燃料和電池)相比的投資準備情況的早期跡象。

該研究使用一艘典型的散貨船作為案例，在能源價格和總運營成本的一系列情景下進行研究。一個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，考慮到 2050 年的時間框架，由天然氣生產(chǎn)的氨結(jié)合碳捕獲和儲存，即“藍色氨”是成本最低的零碳選擇。

該研究還審視了技術(shù)準備情況，發(fā)現(xiàn)氨輸送鏈的某些方面，包括加注設(shè)備、儲罐和燃料供應(yīng)系統(tǒng)，正在朝著詳細的設(shè)計解決方案發(fā)展。其他領(lǐng)域，如程序文件和質(zhì)量標準、船上輔助設(shè)備以及鍋爐，仍處于概念階段。推進技術(shù)在迅速發(fā)展，主機制造商也宣布了原型機和試點項目。

此外，目前全球氨分銷系統(tǒng)已經(jīng)就位，但現(xiàn)有的氨運輸網(wǎng)絡(luò)主要連接為工業(yè)市場服務(wù)的生產(chǎn)和儲存地點，其港口設(shè)施并非為船舶燃料加注而準備，因此目前的港口布局或許需要進一步調(diào)整。

(新媒體責編：qiaoyidan)