中韓日歐各具特色的氨動力船發(fā)展路徑
由海事、能源、金融、基礎設施等行業(yè)中的眾多領先企業(yè)組成的“零排放聯(lián)盟”(Getting to Zero Coalition)在其發(fā)布的“海事零排放試點示范項目報告(第二版)”中，提到了“綠色航運”的一個重要趨勢——氨燃料動力系統(tǒng)產業(yè)研發(fā)和應用發(fā)展受到更多關注。這份報告提示，全球與航運減排相關的大型氨項目僅在2020年就增加10個，示范工程總數(shù)達到14個。這表明使用氨燃料是推動船舶零碳排放的重要手段。
氨之所以被認為是可行的零碳燃料，其一在于高沸點(-33°C)的特性適于在適當?shù)牡蜏丨h(huán)境下運輸，交易過程的運輸便捷性較強；其二在于產量和存儲/加注設施充足，全球氨產量預計在2050年達到1.5億噸，約120座港口配有大規(guī)模氨存儲設施，這為其用作遠洋清潔燃料奠定了使用基礎；其三在于由產能增加和邊際生產成本減少而推導出的市場價格隨之降低。正因如此，一些有實力的航運大國均通過有效方式推動氨動力船舶發(fā)展。
歐洲“因地制宜”
經(jīng)歷過兩次工業(yè)革命的歐洲對城市發(fā)展的追求再純粹不過，很多歐洲人有著強烈的環(huán)保意識。這種觀念也直接映射到海運業(yè)。綠色船舶的核心在于主機，而歐洲在設計制造高性能發(fā)動機領域處于領先地位。談到歐洲在綠色航運方面起步較早的原因時，中國船舶工業(yè)綜合技術經(jīng)濟研究院船舶標準化研究中心工程師李睿男認為不僅在于技術領先，“還得益于在配套設備方面積累了豐富的經(jīng)驗，并且在這一領域具有很強的產業(yè)競爭實力�！�
去年年初，瓦錫蘭(Wärtsilä)啟動了氨燃燒測試，旨在幫助行業(yè)實現(xiàn)降低船舶溫室氣體排放的目標�！笆状螠y試取得了滿意成果，我們將繼續(xù)優(yōu)化燃燒參數(shù)，以為船東提供他們需要的發(fā)動機和燃料系統(tǒng)�！蓖咤a蘭在一份聲明中稱，該公司還在著手獲得歐盟“地平線2020”計劃(Horizon 2020)資助的ShipFC項目部分氨儲存和供應系統(tǒng)，其目的是證明氨動力遠距離航行的可行性。瓦錫蘭主要在中高速機領域開展合成甲烷、氨、氫氣和甲醇燃料的研究工作，預計推出的氨混合燃料發(fā)動機中的氨比例可達70%，2023年或推出純氨燃料發(fā)動機。中國船舶工業(yè)綜合技術經(jīng)濟研究院高級工程師趙羿羽也表示，歐洲更加偏重于發(fā)動機研發(fā)，曼恩公司(MAN)已參與多家船廠的零排放船舶開發(fā)工作。今年4月，禮諾航運與船舶設計公司Deltamarin合作推出一款“Aurora級”零排放汽車運輸船就配備了曼恩公司的多燃料發(fā)動機，稍作修改即可使用氨燃料。當前，全球氨燃料動力船(主要為集裝箱船、油船、散貨船等主流船型及液化氣船)處于研發(fā)階段，但中國、日本和韓國的航運企業(yè)和船廠普遍與歐洲發(fā)動機廠商合作，簡而言之，歐洲聚焦用于綠色船舶配套設備產業(yè)，這條路徑也堅實地撐起了全球綠色船舶的發(fā)展。
雖然國際海事組織(IMO)出臺的一系列嚴苛環(huán)保措施倒逼相關企業(yè)重視氨燃料使用，但歐盟、歐洲一些國家政府、科研院所和大學都愿為項目研究提供重要的資金支持，比如歐盟通過“連接歐洲設施”(CEF)計劃向140個關鍵運輸領域項目注入近22億歐元，并投入約1.42億歐元用于支持綠色燃料的研發(fā)與使用，其中不乏多個與氨相關的項目。眾所周知，歐洲更像是一個緊密的國家聯(lián)合體，一體化意識滲透至各領域，競爭對手似乎只限于歐洲以外。這種“聯(lián)合”的特點可以讓歐洲輕松地鋪開“綠色網(wǎng)絡”，比如一些項目已經(jīng)涵蓋了從氨氣生產方法、氨氣工廠建設到氨燃料使用、氨動力船研發(fā)等方面。雅苒集團(Yara)和沃旭能源(Ørsted)聯(lián)手開發(fā)的100兆瓦風力電解廠項目旨在通過可再生氫取代化石氫來合成氨，這一創(chuàng)新性的合作每年可生產7.5萬噸綠色氨，從而為船舶用氨提供更多機會。這不僅是一個獨特的脫碳項目，更是歐洲的一項戰(zhàn)略投資——為綠色氨建立全新的價值鏈�！澳壳�，海事界正在探索幾個關鍵問題，如替代能源產業(yè)鏈和新集群構建、產業(yè)鏈碳足跡與碳中和方案、新能源技術應用可行性論證�！崩铑Ｄ姓f，這些領域需要能源行業(yè)和船舶、航運業(yè)共同努力，而歐洲的聯(lián)合開發(fā)模式具備一定優(yōu)勢。
中韓發(fā)力船型研發(fā)
“歐洲對于氨動力船型開發(fā)項目相對較少。相比之下，我國和韓國的多家船廠則走在前列，多艘船型設計已獲得船級社原則性批準(AiP)�！壁w羿羽說。2019年，上海船舶研究設計院設計的18萬噸級氨動力散貨船和大連船舶重工集團有限公司聯(lián)合曼恩公司設計的23000TEU型氨動力集裝箱船方案均獲得原則性批準，這是我國開發(fā)綠色船舶和清潔能源應用方面的開創(chuàng)性舉措，也是海事界探索和測試氨燃料作為大型動力的關鍵。最近兩年，江南造船(集團)有限責任公司研發(fā)的氨動力超大型液化氣體運輸船(VLGC)和中型液化氣體運輸船(MGC)也獲得了AiP證書。2021年8月初，外高橋造船有限公司最新研發(fā)的氨動力21萬噸級散貨船成功獲得AiP證書，該船型由我國自主研發(fā)設計，配置相應的氨燃料存儲和供應系統(tǒng)，針對船舶線型、總體布置、船體結構、燃料艙和設備配置進行一系列優(yōu)化，并開展風險識別分析(HAZID)，以確保航行過程中氨燃料使用安全。
要實現(xiàn)“3060”目標(2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”)，必須創(chuàng)新技術應用，而上述實例也表明，我國主要聚焦于氨動力相關船型研發(fā)，部分船型更是屬于全球首創(chuàng)。有業(yè)內專家認為，這體現(xiàn)出我國政府引導大型企業(yè)創(chuàng)新應用、自主研發(fā)的重要性�！皢渭円揽渴袌龅牧α坎蛔阋酝癸@核心競爭力，必須從國家戰(zhàn)略層面進行宏觀統(tǒng)籌，兩頭發(fā)力才是最佳方法�！蔽覈鴵碛腥蛞�(guī)模最大的造船集團和航運企業(yè)，其對于氨動力船舶的設計和氨燃料的使用，會對我國綠色船舶產業(yè)鏈的發(fā)展起到非常強的促進作用。
在氨燃料發(fā)動機技術方面，中國船舶集團有限公司第七一一研究所已經(jīng)開展了氣道低壓噴射、缸內高壓噴射、預燃室引燃、缸內柴油引燃等多條組合燃燒組織路徑研究，完成了氨燃料供給噴射系統(tǒng)、氨發(fā)動機安全性、涉氨零部件耐腐蝕性、氨發(fā)動機集成控制等關鍵技術研究，預計在2025年具備示范應用條件。
現(xiàn)代尾浦造船、大宇造船、三星重工等企業(yè)也開展了氨動力油船和集裝箱船的設計工作，如5萬噸級氨動力MR型油船、85000-125000噸級蘇伊士型氨動力油船、115000噸級阿芙拉型氨動力油船和23000TEU型氨動力集裝箱船。而為滿足未來航運對氨燃料的強勁需求，韓國造船海洋與樂天精密化學、樂天物流、浦項制鐵、現(xiàn)代商船和韓國船級社簽署了一份協(xié)議，旨在引領綠色船舶和綠色航運的氨運輸及燃料加注。
盡管一些開發(fā)與氨相關的技術標準如今并不算太大的新聞，但同一國家多家全球領先企業(yè)簽署涵蓋氨燃料全價值鏈協(xié)議尚屬首次。根據(jù)協(xié)議，各方將共享各自擁有的氨燃料生產、分銷基礎設施，以及造船、海運信息，韓國造船海洋公司負責開發(fā)氨動力船和氨燃料加注船，現(xiàn)代商船與樂天物流負責船舶運營，樂天精密化學則負責運輸和儲存由浦項制鐵在海外工廠生產的氨。李睿男說：“雖然韓國暫未公布明確的海運減排行動方案，但結合行業(yè)新聞，可以看出其正在圍繞全生命周期研究減少船舶碳排放的方法，協(xié)同打造氨燃料的海上運輸產業(yè)鏈，搶占氨動力船舶和氨燃料產業(yè)發(fā)展先機。”
日本項目特色明顯
“客觀來講，日本承擔了很多與航運業(yè)溫室氣體減排相關的國際工作，而日本的減排行動體現(xiàn)出了‘自上而下’的特點，按照各時間節(jié)點設計要求，明確主要任務，從頂層設計目標推動行業(yè)落實。日本提出了兩個技術路徑，其中之一便是擴大船舶使用氨(和氫)等零碳排放燃料。”李睿男說。
2020年，日本國土交通省發(fā)布《日本航運零排放路線圖》，為2028年前后全面引入船舶動力替代燃料確立了重點試點項目和攻關技術，其中包括加快雙燃料發(fā)動機項目試點，通過開展氨/氫燃料試用，實現(xiàn)2026年前將其應用于沿海小型船只上的目標，并隨著技術的完善，拓展應用至大型遠洋船舶，力爭到2028年實現(xiàn)商業(yè)航運�；趯弊鳛楹诵拇萌剂系脑O想，日本設計了一艘80000噸級氨動力概念散貨船，為克服氨易燃性差的問題，該船將使用引燃燃料幫助穩(wěn)定點火。根據(jù)模型計算，這艘概念船與同噸位傳統(tǒng)散貨船相比，可以減少91.9%的二氧化碳排放量。
日本雖在氨動力船舶研發(fā)方面較中國和韓國滯后，但也不乏亮點項目。日本郵船和日本聯(lián)合造船(JMU)除合作研發(fā)氨浮式儲存和再氣化駁船外，還將推動使用氨作為主要燃料的氨燃料氨氣運輸船的商業(yè)化使用。前者配備了專門用于氨氣的浮動儲存和再氣化設施，有助于業(yè)界早日引進氨燃料，且利用駁船作為陸地設施(儲罐、再氣化設施等)的替代品，以穩(wěn)定氨燃料供應；后者則可使用貨物中的氨作為船用燃料，有助于遠洋船舶早日實現(xiàn)零碳排放目標。
說到日本的氨動力船項目，有一個不得不提，因為它明確了建造時間，而這是中國和韓國在氨動力船建造方面不曾有的。2020年4月30日，五家日本船企宣布與曼恩公司合作研發(fā)氨動力船，不僅決定開發(fā)搭載氨動力船，還包括船舶運營、氨燃料引入及供應設備等綜合性項目，其目標是在2024年實現(xiàn)氨動力船的商業(yè)化，在中國和韓國之前推出日本行業(yè)標準。
在某種程度上，日本的綠色船舶發(fā)展策略好像結合了中國和韓國的優(yōu)勢——既有政府的主推，也有企業(yè)的聯(lián)合，而財團的介入則讓日本風格更加明顯。2019年，日本創(chuàng)立了“綠色氨財團”(Green Ammonia Consortium)，該財團由來自公共部門和私營部門的代表組成，主要探討海上運輸氨氣作為電力公司使用的發(fā)電燃料，以及使用氨氣作為船用燃料，旨在建全涵蓋采購、生產、運輸、儲存、利用和金融的氨燃料供應鏈，解決引進和擴大使用氨作為燃料的技術障礙。
在布局氨產業(yè)鏈方面，日本也走在亞洲國家的前面——財團和航運企業(yè)與國內外企業(yè)及相關國政府合作推動減少溫室氣體排放的計劃。新加坡是全球最大的船用燃料加注站之一，不久前，“伊藤忠財團”與商船三井、孚寶(Vopak)等四家公司簽署諒解備忘錄，將共同在新加坡開發(fā)氨動力船的燃料供應網(wǎng)絡，以便為遠洋船舶供應氨燃料。其中，“伊藤忠財團”將利用在燃料供應配送中的經(jīng)驗和專長，以及船舶燃料供應的跟蹤記錄，促進新加坡氨燃料供應鏈發(fā)展。商船三井利用其在建造和運營燃料加注船方面的經(jīng)驗，負責開發(fā)氨燃料加注船和浮式儲存設施，孚寶則利用其在新加坡港巴央碼頭(Banyan)的氨儲存和處理技術，專注于開發(fā)獨立的陸上氨儲存/處理和裝卸設施。
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