船用甲醇燃料现状及发展趋势

付建强

（海德威科技集团（青岛）有限公司，山东 青岛 266101）

0 引言

甲醇是一种清洁、高效、低碳液体燃料。用甲醇作为船用燃料，将在很大程度上对现存的能源结构进行积极调整，有助于实现温室气体减排目标。为满足日益严格的碳排放标准，LNG在过去数年中受到航运界的青睐；但现阶段越来越多的案例和研究表明，甲醇燃料以其环保、经济性、可获取性等诸多优势，成为航运业关注的焦点。

1 船用甲醇燃料的应用现状及优势

1.1 船用甲醇燃料的应用现状

2018年，国际海事组织（IMO）通过了全球温室气体减排战略。该政策框架设定了关键目标，将2030年和2050年的全球海运CO2排放量分别降至2008年的60%和30%。为达成上述目标，甲醇燃料成为航运业转型过程中的一种选项。目前，甲醇已被用作船舶燃料，虽然仅处于初始阶段，但均取得了成功。2015年，“Stena Germanica”号渡轮被成功改装成为商用甲醇动力船，船用甲醇燃料技术从此开始在船舶上实施。近年来，随着对甲醇燃料应用研究的深入，甲醇燃料已规模化、标准化、工程化、广泛化应用于车用燃料、供热燃料和灶具燃料等领域，但在船舶燃料领域未得到大面积推广。而在2021年，面对日益严峻的环保减排压力，航运界巨头在海船上率先使用甲醇作为船用燃料，并有加速发展的趋势。

2015年，Stena Line与Methanex合作改装首艘商用动力渡轮“Stena Germanica”之后，全球在营20多艘商用甲醇动力船型主要是甲醇运输船/油轮。而近年来，随着一系列试点项目和研究的深入，越来越多的航运企业已开始布局甲醇动力船（见表1），实现了甲醇动力船舶多元化的跨越[1]。

表1 甲醇燃料船舶项目概览

此外，一些发动机制造商、船舶设计单位、港务局/海事局、造船厂和燃料生产商也陆续推出了关于甲醇燃料的新设备、新设计和新方案。曼恩能源于2015年推出了能够燃烧甲醇的低速双燃料发动机；2020年，为ME-C型发动机提供多种改造选择，其中包含LGIM（甲醇）款型。2021年11月，该公司表示其计划升级四冲程发动机，并于2022年提供改装成甲醇动力发动机的设计，预计将于2024年提供四冲程甲醇动力发动机的解决方案。近期，发动机制造商瓦锡兰推出了Wartsila 32甲醇动力发动机；卡特比勒公司也宣布将投资开发甲醇燃料船舶发动机技术；罗尔斯·罗伊斯公司也宣布该公司动力系统业务部门正在开发使用甲醇MTU高速四冲程发动机。2022年2月，由中国船舶集团旗下大船集团和中远海运能源运输股份有限公司联合开发的绿色甲醇燃料动力VLCC船型设计方案获得了DNV和CCS船级社独立颁发的AIP原则性认可证书。同月，由海德威科技集团自主研发的海洋卫士®船用甲醇燃料供给系统，取得了RINA船级社授予的AIP原则性认可证书。3月，由中国船舶集团七一一所自主研发的首台（套）SMBS20-38-2A型船用甲醇燃料加注单元顺利发运交付客户，并已于4月份完成首次船岸加注。同一时期，绿色技术银行与马士基集团就绿色甲醇供应签署谅解备忘录。绿色技术银行表示，从2024年起，将携手中国企业，每年向马士基提供50000 t绿色甲醇，作为这家集装箱航运物流跨国公司的船舶燃料，后续有望增至每年30×104t。

1.2 船用甲醇燃料的优势

1）可降低污染物排放

燃料油因产地不同含硫量不一。LNG在液化前需要进行脱除原料天然气中的硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等杂质的预处理[2]。而甲醇基本不含硫，甲醇动力发动机的SOX排放（来自于引燃油）可明显降低，能够满足IMO排放控制区的要求。

在CO2排放方面，与燃料油相比，LNG、蓝色甲醇与灰色甲醇在燃料燃烧（Tank-to-Wake）阶段减排CO2的程度相差不大；但LNG受甲烷排放的影响，根据燃料发动机类型的不同，其温室气体减排能力将被削弱10%～23%。然而考虑到整个生命周期（Well-to-Wake）中所有温室气体排放，而不是仅仅CO2，绿色甲醇与常规化石燃料相比，极大程度上实现了碳中和。

2）便于运输与储存

从基础设施的角度看，甲醇有利于运输。根据全球甲醇行业协会的研究显示，甲醇作为重要的化工原料，在前100个国际港口中有80多个已经具备了支持甲醇的加注设施。同时甲醇在常温常压下呈液态，与LNG相比，甲醇的优势在于其不需要绝热和低温储存，可以改造除压载水舱以外不用于其他用途的双层底舱用做燃料舱。

3）较低的改造成本

在燃油发动机改造成本方面，改造成甲醇动力比改造成LNG动力低得多。在加注配套成本方面，甲醇只需在现有的大量的燃油加注基础设施上稍作改动，与LNG需要专用加注码头或特定的驳船相比，则大大减少了岸上所需的投资。

2 船用甲醇燃料的问题及发展趋势

2.1 甲醇用作船用燃料的风险

1）毒性。在环境方面，与传统碳氢化合物相比，甲醇溢出或泄露造成的影响很小。但对人类而言，甲醇有毒。皮肤接触液态甲醇会引起刺激、干燥、开裂或灼伤。甲醇在人体中（摄入或皮肤吸收）会氧化产生甲酸和甲醛。一次性摄入10 mL纯甲醇会破坏人体视神经，引起视力模糊，甚至双目失明，摄入100 mL左右，可致人死亡。与传统船用燃料相比，甲醇更具危险性，这就对船员的培训、操作及风险处置提出了更高的要求。

2）腐蚀性。甲醇对铝合金、镀锌钢和铅合金等金属材料有腐蚀作用，对塑料和橡胶有溶胀作用，从而会对塑料和橡胶零件、喷油泵零件和高压燃料等部件产生不利影响[3]。甲醇和燃料系统组件的兼容性问题随着甲醇含量的增加而增加，并且甲醇燃料已被证明会导致燃料系统中的软组件收缩、硬化、膨胀或软化。

3）在大多数火灾中，可燃材料，如建筑材料、机油、软垫、油漆等，都会伴有烟雾和可见火焰。然而，与船用燃料油不同的是，甲醇在常温下会着火并燃烧；当其高纯度燃烧时，这种火焰在白天几乎不可见，使其火焰检测更具挑战性。在某些情况下，火灾存在的唯一证据是轻微的热雾。因此，甲醇需要特殊的安全防护协议。

2.2 甲醇用作船用燃料的挑战

尽管甲醇作为船用燃料受到广泛关注，但仍面临技术标准、产能供应、技术创新、燃料成本等诸多挑战。

1）技术标准

甲醇是全球五大海运化学品之一，已安全装载和运输了50多年，在此期间不少船级社和行业协会已制定了许多安全准则和指南。尽管如此，彼此间仍存在较大差异，尚未规范统一化。2019年，船用甲醇燃料虽然得到国际海事组织（IMO）的认可；2020年IMO海上安全委员会第102届会议（MSC102）批准了《使用甲醇/乙醇作为燃料的船舶安全暂行指南》，该指南明确规定了安全使用船用甲醇/乙醇作为燃料应当注意的各个方面的要求，但起草的IGF Part A-2“甲醇/乙醇作为船舶燃料”，至今尚未获得IMO IGF规则的最终认可[4]。

2）产能供应

据ICIS统计，2020年全球甲醇产能约1.5亿吨/年，产量约1.08亿吨，2011～2020年增长率达7.2%。由此可见，甲醇资源丰富，生产技术成熟，具备大规模生产供应能力。然而在2010年之后，全球船用燃料的需求约为3亿吨/年，并考虑到甲醇的能量密度约为燃料油的一半，对应的甲醇需求将超过6亿吨/年。同时根据IHS Markit调查研究，当前绿色甲醇占全球甲醇市场份额不到1%；以欧洲为例，到2027年绿色甲醇产能才有望达到约120万吨/年，既使所有已经宣布的绿色甲醇项目都按期建成投产，也只能满足绿色甲醇作为燃料50%的潜在需求。因此为实现航运脱碳，确保足够的绿色甲醇将是一项严峻的挑战。

3）技术创新

甲醇用作船舶燃料，可适用于二冲程和四冲程发动机，只需对船舶的发动机和燃料供应系统进行较小改动即可，所需额外成本相对较低。但就目前市场来看，传统甲醇一般被认为是航运业实现脱碳目标的过渡性替代燃料，这是因为在未来20年，电制甲醇和生物甲醇的发展存在一定的不确定性。电制甲醇是由捕获的二氧化碳与可再生能源产生的绿色能源所制造的氢气催化合成。生物甲醇是由生物质资源制取的合成气在一定压力和温度下催化合成。两者均需满足一定的条件进行催化合成，而且绿色甲醇，与传统甲醇相比，还面临着整体转化效率低的问题。

4）燃料成本

根据国际可再生能源署（IRENA）报告，化石源甲醇的生产成本为100～250美元/吨，生物源甲醇的生产成本为320～770美元/吨，合成甲醇的生产成本为1200～2400美元/吨。可见，当前绿色甲醇的成本至少是传统船用燃料的2倍，未来装有绿色甲醇动力发动机的船舶前几年成本将比传动动力船舶高出约15%。如此来看，绿色甲醇与传统船用燃油相比无优势，与LNG相比仅在特定环境下具有一定优势。

3 对船用甲醇燃料未来发展的建议

1）完善标准体系。为实现船用甲醇燃料安全有序的发展，完善的标准体系和监管标准需要摆在第一位。在船舶设计与布置、燃料维护系统和通风等技术方面，达成标准统一化；在船用甲醇燃料加注、岸基加注站改造与新建方面，形成标准规范化；在船用甲醇燃料生产、运输、补给、使用安全等方面，形成监管系统化。

2）发展相应的配套设施。扩大甲醇生产规模，以满足工业原料和航运燃料的需求；逐渐配套发展甲醇水上加注站和加注船，建立相对完善的加注设施；提高船用甲醇燃料动力设备、燃料供给系统和安保系统等研发创新和合作，保障系统安全稳定。为更好更快地做好以上配套设施的建设，可以发挥积极的碳税激励和约束作用，以确保市场环境安全稳定，促进甲醇燃料船舶及配套设施健康可持续发展。

4 结语

在全球温室气体减排的大背景下，航运业的燃料结构也将由单一的化石燃料向不同的绿色燃料转变。短期来看，船用甲醇燃料既可以满足IMO 2030温室气体减排目标，又可以解决营运船舶改造成本高的问题，是当前替代能源中的最佳选择之一。从长期来看，虽然甲醇还面临着不少问题，但随着未来相关技术的开发和升级，船用甲醇燃料也将具有广阔的应用市场。