极地航行船舶黑碳排放立法趋势下的发展机遇和挑战

陈晓东，吴刚

（1.中国极地研究中心，上海 201209；2.上海海事大学，上海 201306）

远洋船舶广泛使用化石燃料，包括轻柴油和重柴油等，所产生的尾气一旦排放到大气中将对环境和人体健康产生严重危害。根据国际防止船舶造成污染公约（MARPOL 附则Ⅵ）中最新规定，2020年1月1日起，船舶必须使用硫含量不超过0.5%的低硫燃油。该项法案旨在减少全球范围内船舶产生的硫氧化物、氮氧化物以及硫酸盐排放。然而目前，远洋船舶产生的黑碳排放污染依然严峻，需要进一步加强对船舶黑碳排放的关注及治理。

1 黑碳排放问题

1.1 健康与环境

船舶黑碳排放对北极地区气候的影响至关重要。作为全球仅次于二氧化碳的气候驱动因子，黑碳不仅可以改变大气对太阳辐射的吸收，引起全球变暖，导致极地冰川严重融化；而且影响气云的凝结成核，改变海洋层云的生命周期，影响当地海洋生物和渔业[1]。不仅如此，黑碳具有积极的辐射强迫特性，可改变大气对太阳的辐射和光的吸收[2]，将间接对气候产生了影响，导致全球升温。

1.2 极地环境

截至目前，船舶航运业贡献了全球所有黑碳排放中的7%～9%。一项国际清洁运输理事会关于全球航运黑碳排放的报告指出[3]，北极地区船舶的黑碳排放虽只占全球所有船舶黑碳排放总量的11%，但等量的黑碳在极地的温室效应近乎于中纬度地区的5 倍。这表明在北极地区的黑碳排放危害要比其他地区的排放危害大的多。一项国际海事组织 IMO（International Maritime Organization）极地海洋船舶评估委员会的权威评估指出[4]，北极地区航行活动的日益增加导致了该地区船舶黑碳排放的大幅增加，加速了北极海冰冰层的融化，已严重威胁极地环境安全。

结合目前统计情况分析，北极航线的运输量在近几年已呈快速增加趋势。到2030年，总运输量预计可达到1.1 亿吨，是目前运输量的3 倍以上。这将进一步增加极地地区的船舶黑碳排放和大气温室效应，导致极地冰川的进一步消融。

1.3 极地融化

近年来，全球变暖的影响正把极地海域从冰冻地区变成一个可季节性通航的海洋。根据美国国家冰雪数据中心NSIDC( National Snow and Ice Data Center)的数据，北冰洋的大陆冰在近期达到了记载以来的较小面积范围。长期来看，北极海冰面积已呈下降趋势。多年冰的融化数量正在增加，冰层厚度正在减薄，且冰层的年持续时间正在缩短。过去十年来，北极海冰范围已达历史最小值。

冰川的退缩通常发生在夏秋两季，容易形成扩大的无冰区。这虽然可增加北极地区的海上运输量，但并不意味着在北极地区的航行可以变得更加容易，因为不同地区的多年冰量和类型有很大差异，能够影响海上航线的可靠性。一些重大障碍如浪花结冰、大风、寒冷、偏远也可能会阻碍航道或对救援和紧急行动造成影响。在北极地区航行，常见的挑战包括天气预报、海图、冰图、通信连接问题和距离长等问题。

2 黑碳排放的国际立法趋势

2.1 技术问题

船舶黑碳作为IMO 船舶温室气体减排体系下一个重点调控对象之一，其立法工作目前受到很大的技术条件限制，即使是学界，也对黑碳生成的气固相态的转变过程及初生碳核的形成机制知之甚少，对颗粒的合并与成长机制也有较大争议[1]。这导致国际上缺失完善的船舶黑碳排放控制法规。

尽管不是专门针对船舶黑碳排放，但目前部分政策和技术对减少黑碳排放已具有积极的调控作用。总体上，只要能增强发动机燃烧、减少燃料消耗，都将对减少包括黑碳在内的船舶排放具有有益的影响。如改进喷射共轨技术、优化喷射策略、考虑船舶能效设计指数EEDI（Energy Efficiency Design Index）、现有船舶能效指数EEXI（Energy Efficiency Existing Ship Index）及碳排放强度指数CII（Carbon Intensity Index）和新发动机节能技术、燃料升级换代、润滑和冷却设计等，都有助于减少黑碳排放。

2.2 立法推进进程

IMO 对船舶黑碳排放立法的推进出非常缓慢。自2008年7月海上环境保护委员会MPEC（Marine Environment Protection Committee）第58 次会议首次讨论黑碳排放的影响以来，相关议题开展讨论已长达14年。在2010年MEPC 60 届会议中，美国和北欧共同提交了一份提案（MEPC 60/4/24），将国际航运黑碳排放的影响聚焦到了北极区域，建议IMO 引起重视[5]。随后，在MEPC 61 届会议后，黑碳议题正式成为独立的议题，由散装液体和气体分委会BLG（Bulk Liquids and Gases）负责讨论。随后，这一议题又被不断加深。2011年，MEPC 62 届会议批准了关于船舶黑碳排放控制的有关工作计划，主要内容包括：确定国际航行船舶黑碳排放的定义、探索黑碳测量方法，寻求最适合航运的黑碳排放测量方法以及黑碳排放控制措施等。直至2014年2月，防污染和响应分委会PPR（Pollution Prevention and Response）（原BLG）1 次会议关于船舶黑碳排放的影响形成共识，建议重点考虑北极水域航行船舶对北极环境的影响，而非全球所有船舶的黑碳排放。可见，这一阶段船舶黑碳排放仍存在许多问题有待解决。

2014年10月，MEPC 第67 次会议继续讨论了黑碳的定义问题，但并无结果。直至2015年1月23日，PPR2 次会议决定不再采用基于某种测量方法的黑碳定义，而采用“Bond 等人”提出的能够包容各类测量方法的中性定义，作为黑碳标准定义。此次会议后才使船舶黑碳排放议题正式走入人们视野。根据“Bond 定义”[6]，黑碳被定义为碳元素的一种独特的类型，只在炭基燃料的燃烧中的火焰中形成[1]。应满足如下四种物理性质：强烈的吸光特性、高温汽化（4000 K）难熔特性、不溶于水和有机溶剂特性、超微碳质球的集合体特性。

图1 链状黑碳聚集体透射电镜图像

基于上述黑碳定义，航运业开始对船舶的黑碳物理微观世界的真实属性有了一个基本的认知。根据IMO，目前阶段主要工作仍应聚焦于建立一个有效的船舶黑碳的测量方法。通过综合研究基于黑碳定义的各种测量方法，评估出一种或多种最合适的测量方法，并形成一个测量标准。

2.3 船舶上的测试方法难点

2016年召开的PPR 3 次会议审议并确定了黑碳测量报告协议的格式。在这一阶段，IMO 鼓励各成员国使用黑碳测量报告协议，自愿开展测量研究，并加强对黑碳排放数据的测量和收集工作。此后，在2018年召开的PPR 5 次会议上，确立了以滤纸烟度法FSN（Filter Smoke Number）、光声光谱法PAS（Photoacoustic Absorption Spectroscopy）和激光诱导炽热法LII（Laser Induced Incandescence）为主的现阶段船舶黑碳排放测量方法。但由于船舶在航行过程中自身环境发生不断变化，导致对环境的测量十分困难。这使得本就处于正在开发阶段的一些黑碳测量技术，结果差异很大。

目前，无论是从经济角度还是从技术角度，对船舶黑碳测量技术的投资决策仍具有很高挑战性，仍需详细揭示船舶装载率及燃料类型等对船舶速度优化和最低黑碳排放的影响。

2.4 国际竞争的博弈

近年来，IMO 关于船舶黑碳减排的议题一直被持续讨论。与此同时，有关的船舶黑碳减排技术和措施也正逐渐成为绿色船舶行业中一个新发展的增长点。但另一方面，各IMO 成国之间却存在严重分歧。关于船舶黑碳排放，是否应尽快采取减排行动目前主要有两种意见。以加拿大等国家和少部分国际环保组织认为，对于目前的船舶黑碳排放情况，需尽快开展实际有效的控制措施。而大多数国家和组织则建议，目前并不适合采取过严厉的黑碳排放控制，而应逐步开展过渡。持这一观点的典型国家和组织包括中国、俄罗斯以及波罗的海国际航运公会（The Baltic and International Maritime Council，BIMCO）等。这是基于目前对船舶黑碳排放测试及控制等技术的综合考虑后的结果。目前主要的工作需要首先确定适合大部分场景的黑碳测量方法。

在此背景下，PPR 5 次会议成立了一个有关通信组，并采纳我国建议，着手展开北极区域内航行船舶的黑碳减排措施研究。同时，也着手开展减排的替代措施研究，以及相应措施的安全性、经济性和可行性。2019年2月，PPR 6 次会议同时审议了通信组报告和加拿大等国家的提案，并建议向MEPC 74 届会议提出了有关黑碳排放控制的部分措施以及完结黑碳的议题。同年5月，MEPC 74 届会议上，我国与俄罗斯建议将黑碳议题进一步研究和完善，延迟北极地区船舶黑碳排放控制措施。而芬兰、德国、荷兰和韩国等国逐渐转变态度，支持开展极地船舶的黑碳排放控制。此项随后工作被PPR 7 继续提交给了MEPC 75 次会议。

直到MEPC 第76 次会议，IMO 审议通过了一项决议，自2024年7月1日起，北极水域船舶禁止使用和运输重油。在最近的MEPC 第 77 次会议上，IMO 敦促其成员国自愿使用对更安全的馏分油或更替代燃料及推进方式，以助于减少在北极或附近作业的船舶的黑碳排放，以应对黑碳排放对北极的安全威胁。同时鼓励结合现有数据，确定可采用测量方法及相关取抽、测量、报告和校准程序，以减少国际航运黑碳排放对北极的影响。

上述IMO 黑碳立法趋势表明，国际船舶黑碳排放对我国航运业的发展既是机遇也是挑战。也为我国相关行业人警醒，需密切关注国际社会对船舶黑碳排放控制的有关发展，积极参与书面提案，为我国发展北极航运争取时间[7]。同时，需加强国内黑碳减排技术发展，扩大北极科考等基础数据，积极参与国际社会对船舶黑碳议题的沟通协商机制。在发展海洋强国，实现清洁、低碳的航运业发展助力，为我国寻求新的科技创新动力。

2.5 机遇与挑战

传统的IMO 规则的制定，很大程度上是由于部分欧美国家在推动IMO 规则制定过程中背后的利益诉求。典型的案例包括近年来的压载水管理法规和修订的大气污染法规，形成了当前市场火热的压载水处理设备金和废气后处理系统等。

由此预见，在上述发达国家的推动下，IMO 未来必将会强化船舶黑碳排放的立法工作，这必将会对航运业带来新一轮的技术挑战。可预见的挑战包括进一步禁用特定的船舶燃油，并可能强制推行新的燃料标准。同时，未来的船舶推进主机也面临着巨大的升级与淘汰压力，特别是对于缸内的燃烧技术优化、排放后处理技术等，依然存在严峻的技术问题。此外，一些新型的清洁动力能源如LNG、甲醇、燃料电池、港口岸电等技术也面临着急迫应用化的发展挑战。

当然，随着更严格的环保规则制定与实施，持续创新发展的新动能也为海事工业提供了新的机遇。特别是对促进船舶工业的高质量发展以及优化建设能力提供了转型的重要契机。在全世界不断拓展“一带一路”合作领域的背景下，《中国的北极政策》白皮书指出[8]，中国愿意依托北极航道的开发利用，与各方共建“冰上丝绸之路”。这有望成为我国经济发展新的动能。因此，加强北极装备研究将必然成为我国船舶工业发展的重点任务之一。

由此可见，IMO 未来必将基于现有的政策和规范体系，进一步加强对极地船舶黑碳排放的实际控制，形成更严格的技术措施和管理措施。因此，我国更需要开展对黑碳排放控制及有关技术措施的研究。

3 结论

船舶黑碳排放的控制对绿色航运和人类社会的发展十分重要。未来，IMO 对船舶黑碳排放将有一个更严格的立法趋势，将我国航运发展带来全新的挑战。这一影响将对造船企业、主机厂商、航运公司、能源企业等带来全新的技术挑战，但同时也对我国建设绿色船舶及相关应用配套设施的全产业链生态系统提供了一定的机遇。

国内有关部门和企业还有必要加强关于船舶黑碳检测的测试和科研工作，正确开展排放影响因素的分析研究，并围绕有关科技成果，积极开展成果转化，研发新的测试装备，形成健康的产业生态系统。

建议进一步加强船舶黑碳排放的数据和范围研究。在此基础上，扩大有关行业标准建设，形成一个具有完善体系的科研、管理与产业联盟。并在主管机关或有关部门为主导下，积极参与IMO 此项立法工作。