新型核能应用：商船未来发展方向？

本刊记者 赵芸

全球首艘核动力商船“萨凡纳”号

75年前, 全球航运界认为, 商船的未来发展方向是核动力。75年后的今天, 在船舶脱碳需求的推动下, 海事界加大了对于新型核能应用的研究探索, 一些技术公司正试图开发安全可靠的解决方案, 为现代核能技术在商船上的应用带来更多希望。近日, 荷兰代尔夫特理工大学为荷兰C-Job Naval Architects公司进行的最新研究表明, 核能在未来可用于船舶推进系统。这项研究通过创建四种不同的概念（散装、集装箱、油船和海）, 分析了包括储能和发电系统的质量和体积在内的关键项目, 最终得出结论：在大多数情况下, 核方案比常规船用柴油方案更轻、更紧凑。

不远的将来, 新型核能应用于商船, 真的要成真了吗？

核能应用迎来突破

近年来, 在船舶脱碳需求的推动下, 海事界加大了对于新型核能应用的研究探索, 一些技术公司试图开发安全可靠的解决方案, 加快现代核能技术在商船上的应用。

在C-Job得出这个结论的同时, 其他国家也开始研究核动力推进的未来应用。近日, 英国能源技术公司CORE POWER称, 英国交通运输部（DfT）下属机构英国海事和海岸警卫队（UKMCA）已确定核动力商船立法通过的目标日期, 按照当前计划, 核动力商船法规将于2022年11月22日生效。该法规将把《1974年国际海上人命安全公约》（SOLAS）附则第VIII章以及《核动力商船安全规则》（A.491.XII号决议）一起转换为英国法律。CORE POWER首席执行官Mikal Boe表示：“这是海上新型核能监管发展的一个重要里程碑。”

能源技术研究所（Institute for Energy Technology）首 席 工 程 师Robert McDonald表示：“‘核’字在不同的受众眼里有不同的含义, 并不是每个人看到‘核’字都能产生和我一样的积极联想。因此, 制定必要的法规并且改善全社会对于核动力船舶的接受度至关重要。”

去年, 美国能源部授予美国船级社（ABS）一份80万美元的合同, 研究在商业船舶上采用核动力推进的技术问题。ABS认为, 此项研究项目的目的在于充分迎接在商业海运中采用新式反应堆的技术挑战, ABS将开发适用于商船的不同反应堆技术模型, 并就现代核电的商业用途开展行业咨询。ABS表示, 下一步将为海事开发应用不同的先进反应堆技术模型, 并为现代核能的商业使用提供行业咨询。

此外, 美国能源部还与ABS签订了另一份合同, 以支持德克萨斯大学开展熔盐反应堆研究。对此, ABS全球工程与技术高级副总裁Patrick Ryan表示：“越来越多的人认为, 现代核技术是解决航运业脱碳挑战的潜在方案。”

在减排方面潜力巨大

商业航运积极应用核动力的一个关键因素是消除碳排放。国外相关数据显示, 与传统的基于燃料的系统相比, 核动力的应用, 可以让船舶的二氧化碳排放量减少98%, 同时还能消除空气污染排放物, 如硫氧化物（SOx）、颗粒物（PM）和氮氧化物（NOx）。

虽然船用核推进装置的成本支出很高, 但研究表明, 根据燃料成本和船舶的运行状况, 其在5—15年内会使商船具有成本效益。此外, 船用核推进系统有可能考虑更高的设计速度, 使船舶更具盈利能力。C-Job认为, 从长远来看, 熔盐反应器对商业航运最具潜力。C-Job首席海军建筑师尼尔斯·德弗里斯说：“到目前为止, 核能还没有被广泛应用, 与其他能源一样, 在技术成熟到足以实施之前, 必须对其进一步开发, 核技术具有巨大的潜力。”

不过, 对于C-Job的看法, 不少业内专家并不认同, 因为核动力商船的成本太高, 并不能提高商用船的经济效益。1958年美国开始建造世界上第一艘核动力商船——“萨凡纳（Savannah）”号。该船在1963年5月正式入役。“萨凡纳”号是一艘满载排水量为21000吨级的客货船, 动力系统采用压水反应堆, 汽轮机额定功率16兆瓦, 巡航速度为20节。在核动力的加持下, “萨凡纳”号在装一次燃料后, 可以20节的航速航行300万海里, 相当于绕地球138圈, 这大大提高了商船的运输效率。但根据1984年的价格水平, 考虑到当时的通货膨胀, “萨凡纳”号的核动力装置的研制费高达3000万英镑, 装置本身的成本更是高达7000万英镑, 这对于一艘21000吨级的商船而言, 价格显然太离谱。

乌斯坦推出的世界首艘钍动力船舶“Ulstein Thor”号

世界最大化学品航运公司之一Odfjell集团的董事长Laurence Odfjell表示, 船舶使用核动力“希望渺茫”, 因为船舶在世界各地行驶, 需要得到全球各地政府部门的批准。Odfjell认为, 如果能将新型核技术得到安全部署, 才能让这项技术在商船领域得到顺利推行。

不过, 干散货贸易公司Sea Traders的首席执行官IoannaProkopiou认为, 目前正在讨论的替代燃料, 包括液化天然气（LNG）、氢气或是氨气都不会成为航运业脱碳之路的首选燃料, 只有非军事级别的核动力推进才能帮助航运业真正削减碳排放。他说：“展望未来, 我们可能会看到一个非军事级别的核动力推进。它是自给自足的, 你不需要再为你的船舶提供燃料, 而且它也是零排放的。”

吸引力越来越强

可以知晓的是, 目前确实有一些公司正探索在渔船和邮轮上应用核动力。其中最有名的, 当属微软创始人比尔·盖茨正式宣布加入推动核动力成为船用燃料的行列。

2020年, 比尔盖茨所创办的核能公司泰拉能源（Terrapower）宣布, 与伦敦公司Core-Power、法国核材料处理专家Orano和美国南方电力公司（SouthernCompany）合资成立一家新公司, 在美国开发熔盐反应堆原子能技术。2022年8月, TerraPower宣布, 在最新一轮融资中获投7.5亿美元, 主要用于开发核能技术以及核医学创新, 本轮融资由公司董事长盖茨和韩国能源供应商SK共同牵头, 其中SK投资2.5亿美元。

据悉, 熔盐反应堆（MSR）是核裂变反应堆的一种, 属于第四代反应堆, 其主冷却剂以至燃料本身都是熔盐混合物, 它可以在高温下工作时保持低蒸气压, 从而降低机械应力, 提高安全性, 并且比熔融钠冷却剂活性低。

相关专业人人士认为, 这种技术要是投入交通和工业领域, 将产生“质变效应”。Core-Power首席执行官Mikal Be表示：“MSR可以改变游戏规则, 帮助运输业向使用清洁能源的未来过渡。因为我们寻求建立适合规模的技术, 建立人们对现代持久液体燃料原子能的广泛接受的信任, 从而确立我们未来应对气候变化的方式。”

2020年初, 俄罗斯宣布将建造新一代核动力破冰船“Lider”

2022年4月, 全球知名船舶设计公司乌斯坦推出了世界第一艘钍动力船舶“Ulstein Thor”号, 该船总长149米, 集补给、科考、救助功能于一体, 采用钍基熔盐反应堆系统, 可产生大量清洁、安全的能源, 如同一个移动的海上“充电站”, 并能为其他船舶提供充电服务。

2021年, 韩国三星重工宣布与韩国原子能研究所（KAERI）合作开发核动力船舶, 正式进军基于熔盐反应堆的浮动核电站和核动力船舶市场。今年上半年, 三星重工又与Seaborg开始合作, 共同开发基于Seaborg紧凑型熔盐反应堆的浮动核电站。与此同时, 丹麦核能公司Seaborg计划在2025年部署首批浮式核动力驳船, 支持电网、补充其他可再生能源并用于海上和陆上工业。美国邮轮公司Storylines也表示考虑未来在邮轮上应用核动力。此外还有一家拖网渔船公司联系到能源技术研究所, 表示有意向采用熔盐反应堆为其捕虾船队提供动力。

似乎, 原本谈“核”色变的人们, 在今天的脱碳时代里, 把核动力视作“金贵大咖”；原本退出舞台的核能, 在今天的环保“大战”中, 变得“吸睛无数”起来。1958年的“萨瓦纳”号, 也许成为了一段可追忆的历史, 2022年的钍动力“Ulstein Thor”号, 成为了一次真勇敢的试行。重启新型核能应用, 从今天起, 将正式踏上又一次的冒险之旅。★