國際海事組織（IMO）海洋環(huán)境保護(hù)委員會（MEPC）第74次會議于5月17日在倫敦召開，討論溫室氣體減排初步戰(zhàn)略實(shí)施是其重要議題。在該會議上，會前備受熱議的船舶降速方案受到質(zhì)疑，但同意對集裝箱船、雜貨船、柴油-電力混動(dòng)游船、液化石油氣（LPG）船和液化天然氣（LNG）船等制定更嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)內(nèi)專家表示，IMO已提出到2050年全球航運(yùn)業(yè)溫室氣體排放量與2008年相比減少50%，本世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)零碳排放的目標(biāo)。要達(dá)成這一目標(biāo)，不論是船舶限速還是依靠現(xiàn)有技術(shù)，均十分困難。只有在能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)革命性突破時(shí)，航運(yùn)業(yè)碳減排及零碳排放的理想才能變成現(xiàn)實(shí)。
船舶減速效果有限
MEPC74召開之前，星散航運(yùn)、Navios、Safebulkers、戴安娜航運(yùn)等多家航運(yùn)公司在寫給IMO的一份公開信中強(qiáng)調(diào)，“迫切需要航運(yùn)業(yè)為解決氣候變化作出貢獻(xiàn)”。這些航運(yùn)企業(yè)表示，2008年國際金融危機(jī)發(fā)生后，全球船隊(duì)中的大部分船舶開始減速，這給溫室氣體減排帶來了顯著效果，他們支持法國、希臘等國家提出的有關(guān)船舶限速的提議。但業(yè)內(nèi)也迅速出現(xiàn)了相反意見。英國航運(yùn)公會就表示，新的提案可能導(dǎo)致供應(yīng)鏈上更多使用其他碳排放更高的運(yùn)輸方式，比如公路運(yùn)輸，使總體排放反而上升。另外，船舶可能要?？磕承┦艹毕拗频母劭?，晚到1個(gè)小時(shí)就會導(dǎo)致晚?？?2小時(shí)，因?yàn)榇耙却乱淮纬毕?。除了?jīng)濟(jì)上的損失，多等候的時(shí)間也會增加不必要的排放。丹麥和西班牙等國家則擔(dān)心限速會導(dǎo)致航運(yùn)公司放棄對環(huán)保的投資，從而阻礙新技術(shù)的發(fā)展。在MEPC74上，大部分IMO成員國對強(qiáng)制限速不感興趣，他們擔(dān)心這一舉措會降低海上運(yùn)輸?shù)男剩也焕谘邪l(fā)新的碳減排技術(shù)。
業(yè)內(nèi)人士表示，2018年4月，IMO通過了一項(xiàng)關(guān)于減少船舶溫室氣體排放的初步戰(zhàn)略，提出了航運(yùn)業(yè)減碳的短期、中期、長期措施，船舶限速就屬于其中的短期措施。據(jù)悉，該戰(zhàn)略的短期減排措施包括完善現(xiàn)有的能源效率框架、研發(fā)能效提高的技術(shù)、制定能效指標(biāo)、制定海運(yùn)減排國家計(jì)劃、優(yōu)化船舶速度、減少港口排放、研發(fā)替代性低碳或零碳燃油等。
中國交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院研究員、副總工程師彭傳圣表示，實(shí)踐證明，減速航行是實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能從而減少碳排放的有效手段之一。過去這些年，在全球航運(yùn)運(yùn)力過剩的大背景下，大量船舶減速航行，使得航運(yùn)碳排放有所減少。IMO 本來試圖建立“技術(shù)、營運(yùn)和市場”機(jī)制，促進(jìn)航運(yùn)減少碳排放，在建立了技術(shù)機(jī)制船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）和營運(yùn)機(jī)制船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）后，建立市場機(jī)制的努力遇到了困難，難以實(shí)質(zhì)性推動(dòng)航運(yùn)碳減排工作。目前，航運(yùn)碳減排有停滯的趨勢。
按照規(guī)劃，2023年，IMO必須制定出實(shí)現(xiàn)2050年航運(yùn)業(yè)碳排放比2008年減少50%目標(biāo)的路線圖。彭傳圣表示，節(jié)約能源、提高能效、使用清潔能源、應(yīng)用碳捕捉技術(shù)等是航運(yùn)業(yè)碳減排的主要手段。其中，船舶減速的碳減排效果有限，能夠促使航運(yùn)大量減少碳排放的動(dòng)力技術(shù)現(xiàn)階段還不夠成熟且應(yīng)用成本較高，難以達(dá)到實(shí)用水平。因此，航運(yùn)業(yè)碳減排面臨的形勢嚴(yán)峻、挑戰(zhàn)巨大。
LNG動(dòng)力僅是過渡
隨著近年來國際環(huán)保海事法規(guī)的密集出臺，國際海事界在船舶清潔能源應(yīng)用方面進(jìn)行了諸多投入與研發(fā)，其中成效最為顯著的要屬LNG動(dòng)力船。
有數(shù)據(jù)顯示，全球LNG動(dòng)力船舶數(shù)量正在快速增長，目前在營LNG動(dòng)力船舶達(dá)143艘，在建LNG動(dòng)力船為135艘。預(yù)計(jì)至2025年，全球共建造1962艘LNG動(dòng)力船。韓國的一份研究則指出，至2025年，每10艘新造船中將有6艘是LNG動(dòng)力船。為此，韓國將投資6億美元研究開發(fā)建造LNG動(dòng)力船，并在2025年之前建造140艘，包括政府訂造的40艘沿近海公務(wù)船，民間訂造的100艘沿近?？痛涂拓洕L裝船。
LNG動(dòng)力船作為替代燃料中的寵兒，其加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。歐盟已經(jīng)投資2.5億歐元用于船用LNG加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，目前已有近50個(gè)船用LNG加注設(shè)施投入使用，13個(gè)處于建設(shè)中，18個(gè)處于規(guī)劃中。韓國則計(jì)劃到2025年之前，分階段建設(shè)完成國內(nèi)主要港口LNG加注配套基礎(chǔ)設(shè)施。我國的長江沿線港口及沿海的舟山也建設(shè)了LNG進(jìn)口和加注終端。這些為LNG用作船舶動(dòng)力創(chuàng)造了條件。然而，雖然LNG可將硫氧化物、氮氧化物、微粒物質(zhì)基本降至為零，但其減碳性能并不顯著。彭傳圣表示，使用LNG取代船用燃油，能減少碳排放20%，如果難以控制甲烷的泄露，減碳效果還要打折扣。倫敦大學(xué)學(xué)院海事專家Tristan Smith也表示，LNG在燃燒和生產(chǎn)過程中會排放甲烷，而甲烷是一種威力強(qiáng)大的溫室氣體，對環(huán)境的破壞力很大。
彭傳圣認(rèn)為，對于航運(yùn)業(yè)減碳來說，LNG動(dòng)力注定只能是過渡性解決方案，到了2035年必須舍棄這一方式，才能實(shí)現(xiàn)2050年初步戰(zhàn)略?！耙獙?shí)現(xiàn)2050年在2008年基礎(chǔ)上航運(yùn)碳排放降低50%，考慮到海運(yùn)量的增長，單位貨物運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量要下降70%才行。假設(shè)船舶平均壽命25年，如果從現(xiàn)在開始到2035年建造的船舶全都采用LNG動(dòng)力，那么，只有2035年之后建造的船舶全部是零排放，2050年航運(yùn)業(yè)的減碳目標(biāo)才有可能實(shí)現(xiàn)?！彼f。
零排放的途徑
去年年底，全球航運(yùn)業(yè)領(lǐng)頭羊馬士基宣布，計(jì)劃到2050年實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)。隨后，該公司與由荷蘭皇家菲仕蘭、喜力、飛利浦、帝斯曼、殼牌和聯(lián)合利華等公司組成的荷蘭可持續(xù)發(fā)展聯(lián)盟啟動(dòng)了全球最大海上生物燃料試點(diǎn)項(xiàng)目，為2050年實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)做準(zhǔn)備。試點(diǎn)項(xiàng)目將在馬士基Triple-E集裝箱船上混合使用高達(dá)20%的第二代生物燃料，在荷蘭鹿特丹到中國上海間往返航行25000海里。這是全球最大規(guī)模使用第二代生物燃料進(jìn)行的航行試點(diǎn)，將減少150萬千克的二氧化碳排放和2萬千克的硫排放。馬士基負(fù)責(zé)人表示，目前基于化石燃料技術(shù)實(shí)現(xiàn)的效率提升只能將碳排放量保持在當(dāng)前水平，實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)脫碳唯一可能的途徑是完全轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂眯滦吞贾泻腿剂霞肮?yīng)鏈。
雖然看起來馬士基的計(jì)劃有些超前，但同為交通裝備制造商的汽車廠商奔馳、大眾、保時(shí)捷均已表示，計(jì)劃在2039年前實(shí)現(xiàn)乘用車的“碳中和”。這意味著該公司將在不到20年的時(shí)間里在汽車上全部使用可再生燃料及零碳燃料。彭傳圣表示，采用零排放能源是大幅減少船舶碳排放甚至實(shí)現(xiàn)船舶零碳排放的最有效手段，雖然目前來看，零排放能源技術(shù)還不成熟且比較昂貴，但馬士基提出的2050年實(shí)現(xiàn)零碳排放的可能性很大，這需要借助市場機(jī)制，促進(jìn)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
現(xiàn)在比較熱門的替代燃料甲醇的環(huán)保性能與LNG類似，能使硫氧化物、氮氧化物、顆粒物的排放分別減少99%、60%及95%，但減碳性能更強(qiáng)，可降低二氧化碳排放75%~90%。然而，制造甲醇需要大量化石燃料，制造過程中可產(chǎn)生大量的二氧化碳，甲醇的環(huán)保性能也因此頻招質(zhì)疑。不過，隨著生物甲醇技術(shù)的日趨成熟，甲醇有望更加“綠色”。目前，瑞典Stena等航運(yùn)公司已經(jīng)開始在船上使用甲醇燃料，而2018年年底，新加坡南洋理工大學(xué)和甲醇協(xié)會宣布開展甲醇船用燃料測試項(xiàng)目。目前來看，甲醇的可獲得性較差，生物甲醇還只能應(yīng)用于小型船舶。
最優(yōu)選項(xiàng)在哪里
比甲醇的減碳效果更好，而且研發(fā)更熱的則是船用燃料電池，特別是氫燃料電池。船用氫燃料電池在運(yùn)營時(shí)，硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等有害氣體的排放幾乎為零。
ABB船舶與港口事務(wù)部中國區(qū)技術(shù)負(fù)責(zé)人鄂飛介紹說，目前，全球?qū)Υ袄脷淙剂想姵刈鳛閯?dòng)力的研究頗多。作為全球電氣化領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，ABB一直致力船舶應(yīng)用氫燃料電池的研究。目前主要分為兩種方案，一是為一些較小功率的小型船舶研制幾百千瓦級的氫燃料電池，二是為大型遠(yuǎn)洋船舶研制兆瓦級以上的氫燃料電池。第一種方案適用的船舶大多在某一特定區(qū)域運(yùn)營，尺寸較小，如渡船、小型客滾船等，氫燃料電池用作船舶主動(dòng)力。ABB目前就正在為法國一家公司的一艘新型推進(jìn)船提供燃料電池動(dòng)力和推進(jìn)解決方案，預(yù)計(jì)該船于2021年交付。該船將完全依靠氫燃料電池運(yùn)行，而且由于燃料電池的氫來源于海岸可再生能源，整個(gè)船舶能源鏈將是零排放的。第二種方案適用的最典型的船舶屬豪華郵輪。氫燃料電池一般作為混合動(dòng)力中的一種與傳統(tǒng)燃油機(jī)結(jié)合交替使用。每2兆瓦為一個(gè)模塊，可以疊加，同等功率的氫燃料電池體積不會超過燃油機(jī)。“采用這種混合動(dòng)力的船舶有時(shí)還會配備鋰電池，可進(jìn)行儲能和能量緩沖，起到‘削峰填谷’的作用?！倍躏w表示。
由于一直對環(huán)保要求更高，歐洲對船用氫燃料電池的研究更早也更深入。德國、挪威、法國、芬蘭等國家均開展了氫燃料電池船舶研發(fā)項(xiàng)目。2009年，德國公司研發(fā)出全球首艘氫動(dòng)力船舶。該船總長25.5米，型寬5.36米，推進(jìn)功率為100千瓦級，配備12個(gè)氫燃料儲罐，一次可攜帶50千克氫燃料，可連續(xù)運(yùn)行2~3天。法國的氫燃料電池項(xiàng)目包括建立歐洲支持網(wǎng)絡(luò)，覆蓋氫燃料供給鏈、船舶設(shè)計(jì)和制造等。
全球領(lǐng)先的燃料電池提供商加拿大公司巴拉德，此前主要關(guān)注商用車領(lǐng)域的燃料電池產(chǎn)品開發(fā)，今年4月宣布成立海事中心，致力于設(shè)計(jì)和制造滿足船舶行業(yè)零排放要求的重型燃料電池模塊。
日本在燃料電池領(lǐng)域具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，其在船用領(lǐng)域雖起步晚但發(fā)展較快。2015年，日本戶田建設(shè)與雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)手開發(fā)氫燃料電池船舶，并在一艘漁船上實(shí)現(xiàn)了實(shí)船試航，其最高速度可達(dá)37千米/小時(shí)，每次加氫可運(yùn)行2小時(shí)左右。另外，三菱重工、Flatfield等對燃料電池在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用也有著持續(xù)的研究。川崎重工還研發(fā)了全球首艘液態(tài)氫運(yùn)輸船，滿足未來氫燃料電池的加注需要。
在韓國，大宇造船海洋、浦項(xiàng)制鐵能源、三星重工、STX造船都參加了政府牽頭的船用燃料電池研發(fā)項(xiàng)目或進(jìn)行了自主研發(fā)。韓國政府去年批準(zhǔn)在未來5年投資約20億歐元用于氫燃料電池以及加氫站的補(bǔ)貼，今年年初正式發(fā)布名為“激活氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的路線圖”的氫燃料技術(shù)研究開發(fā)計(jì)劃，計(jì)劃第一期研發(fā)課題已確定為“以氫燃料電池為動(dòng)力的船舶、氫（燃料）存儲和運(yùn)輸所需用的艙罐等主要技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)”。韓國船級社（KR）致力實(shí)現(xiàn)氫燃料電池船舶的商用化，計(jì)劃在2022年前建立千瓦級船舶氫燃料電池穩(wěn)定安全性的檢查和認(rèn)證體系；在2025年前，為氫燃料運(yùn)輸及兆瓦級船用燃料電池系統(tǒng)構(gòu)筑起技術(shù)基礎(chǔ)。
我國對船用氫燃料電池的研究也開展多年，近期還提出了利用氫能實(shí)現(xiàn)長江零排放航運(yùn)計(jì)劃。2006年，國內(nèi)第一艘以氫為能源的燃料電池船在上海海事大學(xué)問世。中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七一二研究所對船用燃料電池進(jìn)行了持續(xù)研究并取得成效。中國船舶工業(yè)集團(tuán)有限公司所屬中船動(dòng)力研究院有限公司則開展了船舶氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)研究，據(jù)悉，相關(guān)整體方案設(shè)計(jì)已于近日完成并提交中國船級社（CCS），未來將在示范船上應(yīng)用。
鄂飛表示，目前，氫燃料電池在船舶上的商業(yè)化應(yīng)用還面臨氫氣提取、儲存困難以及氫燃料電池工程化方面的挑戰(zhàn)。他說，通常氫氣提取過程中也會產(chǎn)生溫室氣體等污染，因此，保證整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈清潔是一個(gè)難題。目前國際上正在嘗試?yán)霉夥仗柲艿葟目稍偕Y源中獲取的方式制造氫氣，但技術(shù)還有待成熟。而氫氣作為易爆氣體的儲存也正在研究中。由于氫氣比空氣輕，即使逃逸也會向上飄走，因此如何持續(xù)保證儲存空間的通風(fēng)性是攻關(guān)重點(diǎn)。同時(shí)，氫燃料電池應(yīng)用于船舶還存在如何工程化的問題，如何與船舶工況更好地匹配，如何通過電力配送方式控制發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳等，都需要進(jìn)行大量的工程優(yōu)化工作。
此外，由于需要鉑金來做催化劑等原因，氫燃料電池作為船舶動(dòng)力還面臨成本居高不下的問題。
鄂飛認(rèn)為，氫燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程取決于各國政府的扶持力度以及零排放環(huán)保法規(guī)落地的時(shí)間。“目前運(yùn)營較多的電動(dòng)汽車一般采用的是鋰電池，過去成本也相當(dāng)高，但在各國政府的大力扶持和市場迅猛增長的情況下，8年時(shí)間成本下降了80%多。作為零排放船舶的最優(yōu)選項(xiàng)，氫燃料電池也是一樣，扶持力度大，市場需求多，商業(yè)化應(yīng)用于船舶的進(jìn)程就會加快?！彼f。
