新招不断“零碳”排放有几多惊喜？

（岑溪）

从脱碳到零碳，为了在2050年实现“碳中和”目标，各国政府都在积极出台相关政策来推动能源转型，让零排放航运成为2030 年的默认选择。

从2020 年开始，针对“零碳”行动的各类新船型和船用清洁能源的研发工作，成为各国海事界的“重头戏”。尽管新招不断，但业界对于“零碳”的目标非常一致且统一，一系列有助于脱碳的新方法不断上演。目前，业界重点开展了以液化天然气（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，甚至还衍生出了风能、无人机监测、蓝碳交易等“惊喜”操作。

爱电池也为“氢”痴狂

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。

从燃料类型来看，目前全球船用清洁燃料主要有LNG、LPG（液化石油气）、电池动力、氢燃料、生物燃料和甲醇燃料等。现如今，全球LNG 燃料动力船舶已覆盖油船、集装箱船、散货船、邮轮和客渡船等主要船型。

业内专家表示，清洁能源的发展路径应该是：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。从长远看，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。

川崎汽船向JMU 订购的安装“海翼”（Seawing）系统的LNG 动力大型散货船设计效果图

西班牙为“氢”痴狂

以日本为 例，2022 年4 月，日本船级社和日本企业PowerX 签署了一份谅解备忘录，合作开发世界首个自动化集装箱式“电力运输船”，共同促进零排放船舶的发展。据该备忘录，日本船级社主要提供船体结构的安装设计、安全管理系统和软件方面的专业知识，同时，针对Power Ark 电池系统的验证方法、船用电池安全性及相关认证标准等进行专业评估。今年1 月31 日，日本初创公司PowerX 和日本邮船曾宣布，开发和测试PowerX 的船用能源存储系统 （ESS）、Power ARK 系列电力运输船以及电动船。PowerX 计划于2025 年开展原型船的测试工作。

该原型船是一艘100TEU 三体船，将命名为“Power ARK 100”号，使用电力或者LNG 作为动力。“Power ARK 100”号总长100.5米，型宽21.9 米，载重量2200 吨，最高航速14 节。PowerX 在2021 年8月推出了Power ARK 系列电力运输船概念，该船能够大量装载电池，与船舶的控制系统集成在一起，将海上风电场生产的电力传输到岸上。为了实现这一研发成果，今治造船还将向PowerX 注资10 亿日元（约合人民币5600 万元），用于船舶和能源存储系统 (ESS)的研发。

和日本不一样，西班牙和挪威则在清洁能源的研发道路上为“氢”痴狂。今年4 月，西班牙最大造船厂Navantia 和西班牙能源公司Repsol 签署了一项合作协议，双方将共同开发以氢产业链为方向的海运脱碳解决方案。Repsol 公司表示，到2030 年将在整个氢产业链上投下25.49 亿欧元（约合29.58 亿美元），并在2050 年实现零排放目标。在合作中，Repsol 公司将向Navantia 船厂提供可以达到短期或中期脱碳目标的各类新燃料，Navantia 船厂则提供专业技术支撑，并在后续的新能源的开发使用中，与相关船级社一起，证明新能源在船舶航行中的可行性和可持续性。

近日，挪威Hyon AS 公司、挪威Gen2 Energy 公司和挪威ASCO公司共同向挪威Enova 机构申请资金，计划在挪威北部的Nordland（诺尔兰郡）建立一个名为“绿色北极HyHub”的海上运输氢中心。该中心建成后，大型船舶在30 分钟内就可以“充”上1 吨氢气！

据了解，快速加油是海上应用的关键。Hyon AS 公司表示，未来为船舶提供的氢燃料解决方案，将成为氢能源价值链中重要的一环。30 分钟，给船加上1 吨氢气，这样的快速解决方案，适用于大型船舶，且速度比陆上更快。据悉，陆上运输（即卡车等其他车辆）的解决方案是，30 分钟内，充上0.8 吨氢能源。

不断试水替代能源

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，同时还需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。

为了实现最终的“零碳”，各国海事界开始“未雨绸缪”，不断“试水”比LNG 更具绿色长远性的替代品，譬如合成天然气。

2021 年12 月，MAN 和DP World 协作的全球首艘合成天然气（SNG）动力集装箱船“ElbBlue”号“问世”，该船在德国加注了20吨合成天然气燃料后，便开始了碳中和航行。据悉，该船由DP World下属Unifeeder 公司租赁运营。该船主要在德国布伦斯比特尔和荷兰鹿特丹之间航行。

通过这段时间的商业航运，MAN 表示：这艘1036TEU 的集装箱船，通过混合使用SNG、LNG 和气候中性燃料，实现了比单独使用LNG 减少27%温室气体（GHG）排放的效果。如果和重质燃油（HFO）相比，使用合成天然气后，GHG 的排放减少了43%！

MAN 认为：“ElbBlue”号加注了20 吨合成天然气燃料，相当于混合了50%的SNG，就已经证实了比单独LNG 更清洁。如果船舶能完全使用SNG，预计温室气体排放量至少可以减少80%。“该项目证明了海洋能源转型概念在技术上的可行性。同时更确信，合成燃料为绿色航运指明了道路，未来将走得更远。

以“ElbBLUE”号为例，该船的氮氧化物排放量（NOx）下降了近87%，而硫氧化物（SOx）和颗粒物的排放量几乎完全消除了（约99%）。这些数值是在LNG 和SNG的混合使用中实现的。虽然SNG 被认为是碳中和的燃料，但和LNG 一样，SNG 主要由甲烷（CH4）组成，在运行过程中，少量未燃烧的气体可能会溢出，即所谓的甲烷泄漏。甲烷被认为是一种温室气体，未燃烧释放到大气中时，其对气候的危害是CO2的28 倍。

因此，MAN 正在研究各种解决方案，不断改进发动机，以进一步减少甲烷的泄露。目前，MAN 可以做到将双燃料四冲程发动机中的甲烷泄漏量减少一半。此外，MAN正在研发特殊的氧化催化剂，通过这些催化剂，MAN 可以在实验室条件下，将甲烷泄漏量减少70%。

除了不断深挖更清洁更具替代价值的能源外，挪威一家船厂把眼光瞄向了放射性元素钍上。4 月26 日，挪威船舶建造与设计公司Ulstein 宣布，将推出一款总长149米的概念船“Ulstein Thor”号，该船可成为未来新型电池驱动邮轮的海上“移动电源”。Ulstein 表示，“Ulstein Thor”号事实上是一艘浮动的多用途“发电站”，该船的面世，将带来一场新的电池革命。

据悉，“Ulstein Thor”号动力系统将采用熔融盐反应堆（MSR）技术。研发船用熔融盐反应堆（m-MSR）的装置，需要使用到一种放射性化学元素钍(thorium)，该元素将成为未来航运业一种新的清洁能源。“Ulstein Thor”号的“充电”能力巨大，可以同时满足4 艘远洋邮轮的电力需求，而“Ulstein Thor”号本身是不需要加油的。未来，“Ulstein Thor”号将成为一艘自给自足的船。

为了证明“Ulstein Thor”号的可行性，Ulstein 还将研发一艘总长100 米、具备Ice-1A 级破冰能力的零排放探险邮轮概念船——“Ulstein SIF”号，该船将由“Ulstein Thor”号为其充电。

天马行空只为减排

航运业作为资金密集型产业，能源转型需要大量的资金支持。根据世界银行的预测，零碳燃料的广泛运用将为船舶燃料市场带来超1万亿美元的融资需求。另外，渣打银行在新加坡举行的Marine Money会议上表示，为实现2030 年的航运业碳减排目标，全球需投入3500亿美元，要实现2050 年碳减排目标需投入1.4 万亿美元至1.5 万亿美元，预计到2030 年全球航运业碳减排累计投资达3500 亿美元。

在2030 年这一时间节点上，日本先行表示，将在此之前投入90艘LNG 动力船，投资总额预计约为7000 亿日元（约合人民币409.93 亿元）。预计到2035 年，110 艘零排放新船需要更大一笔资金做支撑，来实现商船三井2035 年温室气体排放量相比2019 年减少45%的目标。

不过比这更敢想的，是日本一般财团法人新一代环保船舶研发中心（GSC）关于建造一艘可以LNG、氨、甲烷“无缝切换”的船的设想。

今年年初，GSC 表示已完成氨燃料巴拿马型散货船的设计工作，该船是一艘多种清洁燃料均可使用的新船型。GSC 认为：“该船为船东提供了一种灵活高效的解决方案，可以承受不可预测的燃料过渡期。”在初期配置中，该船是一艘使用液化天然气（LNG）的双燃料船。后期在考虑到燃料安全性的前提下，可以适用于氨燃料，同时，该船也可以交替地从LNG 转化为甲烷。

商船三井计划订购多艘LNG 动力船

据悉，这艘巴拿马型散货船总长228.9 米，宽32.26 米，深20.10 米，载重量约为80400 吨，航速14.2 节，配备两个2500 立方米燃料储罐。这艘新型船的出现，是为了后期使用其他清洁能源时，能提高船舶的改造效率。所以，该船在设计时，重点考虑了船舶设计布局中的转换要求以及相关标准化设备，尽量将修改范围降至最低。因此，GCS 的设计图纸尽量使用模块化布置，并正在寻求可最大化适用于LNG、氨气或甲烷的设备和零部件。

更为异想天开的是，日本准备尝试用风筝作为船动力，实现船舶的减排航行。今年上旬，日本川崎汽船株式会社（K Line）向日本海事联合公司申请了特定船舶引进计划，在首批绿色节能船舶的引进对象中，K Line 指 定 了1 艘 配 备Seawing 自动“风筝”系统的LNG 双燃料散货船。该船由日本造船厂（Nihon Shipyard）设计和建造，船总长约299.99米，型宽约50米，吃水18.4米，载重量约21 万吨，采用LNG 燃料代替重油。值得一提的是，该船配备了 “海翼”（Seawing）系统，将进一步削减二氧化碳排放。按计划，该船将于2024 年上半年交付。

据了解，风筝系统（windkite system）是一种将风能转换为推进力的慨念设计。“海翼”（Seawing）系统是由法国Airseas 公司借鉴其母公司空中客车公司的相关专业技术研发的船用风力系统。该系统将配置于船艏，仅需要较小的甲板空间，而且易于安装。其中，500 平方米的系统已获得法国船级社（BV）原则性认可（AiP），1000 平方米的系统已获得日本船级社（NK）的AiP。

Ulstein Thor”号设计效果图

对于该技术的可行性，K Line认为，通过与Airseas 合作，目前初步评估证实了该风筝系统可有助于减少与船舶作业有关的环境负荷。K Line 表示，该船安装“海翼”（Seawing）系统后，可减少40%的二氧化碳排放，符合国际海事组织（IMO）的减排目标。

除了想象还有其他

在积极研发可大规模使用的船用清洁能源同时，全球海事界还有无人机和蓝碳交易，来“就近”实现减排目标。

4 月下旬，欧洲海事安全局（EMSA）与德国联邦海事和水文局（BSH）将在波罗的海航道上，开展一项大规模的无人机监测船舶硫排放超标的工作。按计划，该无人机从德国费马恩东海岸起飞，飞越费马恩海峡和丹麦港口凯特明讷（kerteminde）之间，利用微型嗅探器传感器系统，监测船舶的硫排放量。然后，将测量结果通过EMSA运营的数据库（THETIS-EU），实时提供给所有欧洲港口的负责当局。如果船舶的硫排放量出现异常，就通知船舶在下一个停靠港进行检查，采集燃料样本，超标的将面临重罚。

按照标准，在波罗的海排放控制区（SECA）中，含硫量不得超过0.1%。无人机飞行由挪威公司Nordic Undermanized 代 表EMSA 运营。用于排放测量的传感器技术和分析能力由丹麦公司Explicit ApS提供。

有意思的是，无人机还可以绘制海岸带的三维地图；获取多光谱航空图像，从中提取水深值；帮助德国水文勘测局开展水文测量工作，收集相关图像数据。

除了使用无人机监控减排，还有一招“篮碳”交易，可以帮我们来重新定义“零碳”的含义。3 月18 日，日本商船三井表示，将使用一种叫“J Blue Credit”的信用额度交易方式，参与到减碳行动中。日本商船三井将购买约11吨的“蓝碳”信用额度，用于抵消世界首艘全电动零排放油轮“Asahi”号的碳排放量，并以此重新定义“零碳”的含义。据悉，“Asahi”号计划于本月底交付。该信用额度由日本蓝色经济协会发布，3 月18 日，买卖双方举行了证书颁发仪式。

“J Blue Credit”是日本蓝色经济协会组织的一次，通过开展海洋生态保护修复，助力碳中和的行动。例如，日本沿海有不少海草草甸等海洋植物，这些植物所构成的蓝碳生态系统，可以起到有效的固定和吸收碳的效果。日本商船三井购买约11 吨的“蓝碳”,为加强日本恢复和保护海草草甸做出贡献。此举将有效利用“蓝碳”植物的吸碳功能，达到海洋负排放的最终目的。目前，有部分国家已经意识到“蓝碳”交易的重要性。