文|創(chuàng)瞰巴黎 Ana?s Marechal
編輯|Meister Xia
導(dǎo)讀：
航運(yùn)業(yè)的去碳化是一場(chǎng)剛剛開(kāi)始的革命，通過(guò)技術(shù)措施去推動(dòng)航運(yùn)去碳化的作用十分有限，最終還是要通過(guò)清潔能源的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，航運(yùn)業(yè)在脫碳之路上不斷地進(jìn)行探索，試用多種低碳燃料，才有了如今的創(chuàng)新船舶設(shè)計(jì)思路和替代燃料使用。那么有哪些替代燃料適合為遠(yuǎn)洋航運(yùn)供能？最理想的燃料是哪種？本期”海運(yùn)減碳“系列二繼續(xù)為您解答。
一覽：
- LNG能源轉(zhuǎn)型存在一定缺陷，因?yàn)長(zhǎng)NG仍屬于化石燃料，且燃燒會(huì)排放甲烷，全球約80%的LNG提供給了甲烷排放率高達(dá)3%的船舶。
- 生物燃料并不適合航運(yùn)業(yè)使用。航空業(yè)等其他行業(yè)需要第二代、第三代生物燃料才能實(shí)現(xiàn)去碳化。
- 若采取可再生能源比例更高的燃料組成，航運(yùn)業(yè)可以削減三分之二的溫室氣體排放。氫能是代替化石燃料的最佳選擇。
- 推廣電制燃料，除了成本高昂，上下游行業(yè)的基建部署也存在挑戰(zhàn)，可再生氫氣的量產(chǎn)同樣是個(gè)問(wèn)題。
2012-2018年間，根據(jù)IMO的數(shù)據(jù) [1]，液化天然氣（LNG）和甲醇在貨輪的燃料組合中的占比越來(lái)越高了，對(duì)此您有什么看法？
當(dāng)前，化石燃料仍占航運(yùn)業(yè)能源組合的99%。而由于新冠疫情擾亂了全球航運(yùn)業(yè)，這幾年的航運(yùn)業(yè)溫室氣體排放量趨勢(shì)也變得難以把握。盡管如此，LNG的使用率仍在上升。根據(jù)我們的估算，LNG已占2020年歐洲海運(yùn)使用燃料的6%，且2030年可能會(huì)增加至25%。但這一轉(zhuǎn)變并非好事——一方面，LNG屬于化石燃料，另一方面，全球有80%的LNG提供給了甲烷排放率高達(dá)3%的船只，而甲烷是溫室效應(yīng)極強(qiáng)的氣體。所以，從LNG的全生命周期來(lái)看，其碳足跡比傳統(tǒng)燃料還要高 [2]。
馬士基等大型航運(yùn)公司正在開(kāi)展甲醇燃料轉(zhuǎn)型。雖然甲醇可以通過(guò)可再生氫氣生產(chǎn)，但如今大部分甲醇的生產(chǎn)原料仍是化石燃料資源。因此，對(duì)于制造燃料的原材料，需要有更嚴(yán)格的監(jiān)管。在歐盟成員國(guó)和歐洲議會(huì)層面，這一問(wèn)題已被提上日程。
只要是可再生原料生產(chǎn)的，就一定是綠色燃料嗎？
除了關(guān)注原材料來(lái)源之外，還應(yīng)考慮燃料生產(chǎn)過(guò)程是否會(huì)引發(fā)原材料使用沖突。例如，生產(chǎn)生物燃料，應(yīng)避免與糧食生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)資源，避免農(nóng)業(yè)土地分配發(fā)生不利變化。只有以廢料為原料生產(chǎn)的生物燃料才是真正“綠色”的。原材料的可獲得性也是個(gè)重要的考量因素。航空業(yè)等其他行業(yè)需要第二代、第三代生物燃料才能切實(shí)地縮小碳足跡。根據(jù)我們的估算，到2050年，即使將百分百的農(nóng)業(yè)廢料轉(zhuǎn)化為燃料，也僅能滿(mǎn)足航空業(yè)10%的需求。我們并不認(rèn)為生物燃料適合當(dāng)前的航運(yùn)業(yè)。
航運(yùn)去碳化，最理想的燃料是哪種？
若采取可再生比例更高的燃料組成，航運(yùn)業(yè)可以削減三分之二的溫室氣體排放 [3]，但必須考慮大型船只的能耗特點(diǎn)。對(duì)于小型內(nèi)河船只，電能具有較好前景，且已得到應(yīng)用。但如今的電池技術(shù)尚不足以為大型船只供能，只有由可再生原料生產(chǎn)的氫燃料才可滿(mǎn)足其需求。
對(duì)于中短途航運(yùn)，可以考慮直接在燃料電池或內(nèi)燃機(jī)中使用氫氣。但是長(zhǎng)途航運(yùn)所需的氫氣體積較大，運(yùn)載量受船內(nèi)空間限制。所以對(duì)于長(zhǎng)途運(yùn)輸，電制燃料是最好的選擇，比如利用可再生氫合成的電制甲醇、電制氨。如果推廣這些電制燃料的使用，可以將航運(yùn)業(yè)的溫室氣體排放量減少70%以上，使用電制氨甚至可以實(shí)現(xiàn)100%減排。
何為電制燃料？
電制燃料指所有由氫制成的燃料，一般以液體形式存在，供船舶使用。除了氫氣單質(zhì)之外，由綠色氫氣和氮?dú)夂铣傻碾娭瓢睔?，以及綠色氫氣和二氧化碳合成的電制甲醇、電制甲烷、電制柴油都屬于電制燃料。電解水得到的氫氣，與二氧化碳在熱催化反應(yīng)器里結(jié)合，便能產(chǎn)生上述綠色燃料。二氧化碳原料可以從大氣中捕獲，或者從農(nóng)業(yè)廢料、生活垃圾等生物來(lái)源獲得，但若從化石來(lái)源獲得，則碳足跡會(huì)明顯增加，生產(chǎn)出來(lái)的燃料全生命周期總碳排放甚至高于傳統(tǒng)燃料。
電制燃料最主要的瓶頸就是成本。可再生氫燃料都價(jià)格不菲。即使是最廉價(jià)的電制氨也比生物燃料貴四倍 [4]。雖然未來(lái)隨著使用推廣，會(huì)產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，但價(jià)格依舊會(huì)比傳統(tǒng)燃油高。
現(xiàn)有的合成燃料，可以給貨輪加注使用嗎？
相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)成熟了，但技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)在于船舶的更新?lián)Q代，用新的設(shè)計(jì)和使用電制燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)提高能效。歐洲現(xiàn)役的船舶中，有三分之一即將到達(dá)使用年限的終點(diǎn)，所以船舶更新技術(shù)具有重大意義。世界上首個(gè)氨能發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)將于2024年問(wèn)世，由德國(guó)企業(yè)曼恩能源方案研發(fā)。與此同時(shí)，瓦錫蘭集團(tuán)正在開(kāi)發(fā)氨-甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)。亞洲的一些造船廠稱(chēng)，其生產(chǎn)的第一批氨能船舶將于2025年投入使用。
推廣電制燃料，除了成本高昂，上下游行業(yè)的基建部署也存在挑戰(zhàn)。丹麥和挪威啟動(dòng)了一系列項(xiàng)目，生產(chǎn)、使用可再生電制甲醇、綠色氫氣、電制氨，但仍面臨氫氣產(chǎn)量不足的問(wèn)題。因?yàn)闉蹩颂m危機(jī)的爆發(fā)，歐盟不得不提高其氫氣產(chǎn)量目標(biāo)，力爭(zhēng)2030年前氫氣總產(chǎn)量達(dá)到2000萬(wàn)噸。此外，現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施難以改裝為氫氣存儲(chǔ)加注設(shè)施，故需要開(kāi)發(fā)新的基建。以氨為例，氨氣具有毒性和腐蝕性，需要專(zhuān)門(mén)的儲(chǔ)存條件。相比之下，電制柴油可以兼容現(xiàn)有的船只和設(shè)施，但成本比綠色氫氣還要高，所以無(wú)法大規(guī)模推廣。
當(dāng)前的立法為L(zhǎng)NG設(shè)施的建設(shè)提供了不少支持，但我們認(rèn)為更應(yīng)該支持氫氣和氨氣加注設(shè)施的部署，并制定船舶綠色燃料使用量的最低標(biāo)準(zhǔn)。
參考資料：
1. Organisation maritime internationale, Fourth IMO GHG Study 2020, 2021.
2. Transport &Environment, 2022, FuelEU Maritime : T&E analysis and recommandations. How to drive the uptake of sustainable fuels in shipping
3. Transport &Environment, 2021, Decarbonising European Shipping. Technological, operational and legislative roadmap
4. T&E, based on cost assumptions of Ricardo EAE and UMAS-LR