申瓊珍，蔣劭力

（1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心，湖北 武漢 430000；2.武漢理工大學(xué)交通與物流工程學(xué)院，湖北 武漢 430000；3.國家水運(yùn)安全工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430000；4.水路控制全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430000；5.智能新能源船舶技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，湖北 武漢 430000；6.長江海事研究中心，湖北 武漢 430000）

未來幾十年內(nèi)的政策發(fā)展和資本的參與將推動(dòng)船東公司去識(shí)別、評估和使用有助于船舶脫碳、降低能源消耗和滿足其他環(huán)境要求的技術(shù)、燃料和解決方案。采用節(jié)約能源的技術(shù)和航運(yùn)方式、碳中性燃料和廢氣凈化等手段將可能會(huì)從根本上改變船舶的設(shè)計(jì)和運(yùn)營方式。而采用提升運(yùn)營效率的措施將足以在短期內(nèi)使船舶遵守溫室氣體排放法規(guī)，從而減少對那些成本暫時(shí)較高燃料的消耗（見圖 1）。

圖1 實(shí)現(xiàn)船舶脫碳的途徑以及對應(yīng)可減少溫室氣體排放的比例

燃料技術(shù)轉(zhuǎn)型如今已處于正在進(jìn)行的階段。對于所有正在運(yùn)營中的船舶而言，6.52%的總運(yùn)貨量可以使用替代燃料，同時(shí)已有數(shù)十艘大型船舶擁有風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)，數(shù)百艘船舶安裝或訂購了空氣潤滑系統(tǒng)。那么，接下來會(huì)發(fā)生什么呢？

在收緊法規(guī)和商業(yè)驅(qū)動(dòng)因素的推動(dòng)下，使用碳中和燃料時(shí)較高的運(yùn)營成本將使船隊(duì)尋求更高效運(yùn)營的方法。運(yùn)營效率提升措施與船舶的維護(hù)和運(yùn)營方式有關(guān)，因此通常投資成本較低，同時(shí)維護(hù)成本適中。其中包括優(yōu)化縱傾和壓載、船體和螺旋槳清潔、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)系統(tǒng)以及優(yōu)化天氣航線、調(diào)度和船舶利用率等措施。運(yùn)營措施方面的改進(jìn)不需要對硬件或設(shè)備進(jìn)行大量投資。但其中許多措施的實(shí)施將需要執(zhí)行涉及管理和培訓(xùn)模式的改變。

技術(shù)效率提升措施通常旨在減少推進(jìn)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的能源需求（例如提高船體和螺旋槳效率、減少酒店負(fù)載、岸電）或改善能源生產(chǎn)（例如廢熱回收、電池混合系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)優(yōu)化）。例如，通過減少船體摩擦并從發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣和冷卻水中回收能量。這些措施通常具有巨大的投資成本但減排效果顯著。由于現(xiàn)有船舶改造困難或成本高昂，許多技術(shù)措施僅限于在新船舶上應(yīng)用。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加以及對其中幾種技術(shù)的部分自動(dòng)化操作需求，軟件和控制系統(tǒng)正在成為船舶運(yùn)營和設(shè)計(jì)中越來越重要的方面。

1 燃料技術(shù)轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀

從去年開始，全球船舶使用替代燃料的趨勢逐漸明顯。其中液化天然氣（LNG）是所有替代燃料中最重要的選項(xiàng)，其可以在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中與傳統(tǒng)燃料一起使用。能夠使用甲醇燃料運(yùn)行的船舶數(shù)量也在逐漸增多。除去LNG 運(yùn)輸船以外，正在建造的LNG 燃料運(yùn)行船舶載貨噸已超過現(xiàn)有對應(yīng)船舶的2 倍。而在建的甲胺燃料運(yùn)行船舶的總載貨噸數(shù)超過了現(xiàn)有對應(yīng)船舶載貨噸的20倍。LNG 燃料通常被應(yīng)用于汽車運(yùn)輸船和集裝箱船，其最新訂單量分別達(dá)到了133 和196 艘。同時(shí)訂單中應(yīng)用LNG技術(shù)的散貨船和液貨船數(shù)量也在增加。在最新的1376艘使用替代燃料的船舶訂單中，306 艘是使用LNG 燃料提供動(dòng)力的LNG 運(yùn)輸船，523 艘是使用LNG 燃料的其他船型船舶；295 艘使用電池/混合推進(jìn)系統(tǒng)。

甲醇早期主要作為甲醇運(yùn)輸體系中tanker 船的主要使用燃料之一，全球共計(jì)有23 艘正在運(yùn)行以及14 艘在建的甲醇燃料動(dòng)力船舶。在2023 年，可使用甲醇作為燃料的船舶訂單達(dá)到了142艘；有72艘運(yùn)營中的LPG（液化石油氣）運(yùn)輸船使用LNG 作為燃料，正在建造的93艘LPG 運(yùn)輸船以及4 艘乙烷運(yùn)輸船同樣將配備LNG 燃料動(dòng)力系統(tǒng)。

圖2 及圖3 分別說明了全球船隊(duì)對替代燃料的應(yīng)用狀況變化。占今年全球船舶總貨運(yùn)量的6.5%由替代燃料供能，同時(shí)可使用替代燃料船舶的貨運(yùn)量占所有新建船舶總貨運(yùn)量的51%，而這兩個(gè)數(shù)字在去年各自為5.5%和33%。

圖3 LNG,LPG 和甲醇燃料船舶數(shù)量變化趨勢圖（除運(yùn)輸船外）

LNG 燃料以及電池混動(dòng)船舶在所有替代燃料船中數(shù)量最多。然而由于電池混動(dòng)船舶通常為較小船只，若以船舶總載貨噸數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，LNG 燃料船舶占主要部分。共計(jì)有1079 艘在役LNG 燃料船舶，其中659 艘是LNG 運(yùn)輸船，420 艘為其他類型船舶。圖中數(shù)據(jù)結(jié)果同樣表明甲醇以及LPG 作為船用燃料正處于上升趨勢，并且第一艘氫燃料船舶于2023 年開始建造。

盡管針對氨燃料船舶的開發(fā)項(xiàng)目正持續(xù)進(jìn)行，官方數(shù)據(jù)表明現(xiàn)有新訂單中暫未有氨燃料船舶出現(xiàn)。將氨作為船用燃料應(yīng)用仍需要對其開展合適的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究。此外，由于缺乏處理氨的規(guī)范性規(guī)則和條例，暫時(shí)很難將其應(yīng)用在船上。除了目前大多數(shù)碳中性燃料面臨的挑戰(zhàn)之外，以下障礙仍然存在：較高的資本投入、燃料供應(yīng)有限、全球加油基礎(chǔ)設(shè)施缺乏、船員需要額外培訓(xùn)、燃料成本高昂以及需要船上額外存儲(chǔ)空間等。但是，若技術(shù)一旦得到突破，能夠使用氨作為燃料的船舶數(shù)量預(yù)計(jì)將會(huì)明顯增加，因?yàn)?DNV 級的 58 艘船舶已被認(rèn)定為“可使用氨燃料運(yùn)行”，這意味著為氨作為船舶燃料目標(biāo)已做好了一些準(zhǔn)備。

2 替代燃料的安全規(guī)范準(zhǔn)則展望

向碳中性替代燃料過渡所需要的技術(shù)升級必須要與海員和岸上設(shè)施以及整個(gè)海運(yùn)業(yè)對燃料的特定認(rèn)識(shí)相一致。與傳統(tǒng)燃料相比，替代燃料的特性包括：氫、氨和甲烷的氣態(tài)性質(zhì)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)；氨和甲醇的毒性；甲烷、氫氣和氨相關(guān)的低溫風(fēng)險(xiǎn)；甲醇、甲烷和氫氣的易燃性等。這些特性為加油操作、船上燃料儲(chǔ)存、燃料分配和維護(hù)等過程增加了復(fù)雜性。

DNV 和 Lloyd's List Intelligence 的最新安全報(bào)告針對數(shù)字化和脫碳帶來的挑戰(zhàn)，對解決海事安全問題所必須采取的措施進(jìn)行了概括。數(shù)字化技術(shù)對替代燃料轉(zhuǎn)變趨勢提供了支持。然而，這些數(shù)字工具可以提供有價(jià)值的一些建議并使某些流程自動(dòng)化，但船員判斷、專業(yè)知識(shí)和決策仍然至關(guān)重要。船員和船東均需要保持警覺、積極主動(dòng)并接受適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，以識(shí)別和解決潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。即使一些船舶在未來 10 或 20 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全自主航行，全球大多數(shù)船隊(duì)仍將繼續(xù)由海員操作。

由于針對新燃料的操作幾乎沒有任何經(jīng)驗(yàn)，需要對船員進(jìn)行培訓(xùn)以提高其技能水平。當(dāng)引入具有運(yùn)行安全挑戰(zhàn)的新型燃料時(shí)，具備燃料特定知識(shí)的海員將是一個(gè)關(guān)鍵因素，其應(yīng)清楚地了解燃料操作和維護(hù)期間涉及的危險(xiǎn)性，這對于控制和減輕事故發(fā)生至關(guān)重要。

加注過程中的同步操作（simultaneous operations,SIMOP）通常由船舶運(yùn)營商向當(dāng)?shù)亟M織根據(jù)具體情況進(jìn)行匯報(bào)。其目的是確定船與周圍區(qū)域在加油與其他活動(dòng)之間是否會(huì)造成潛在危險(xiǎn)，并確定在活動(dòng)進(jìn)行之前是否需要采取任何額外的安全措施。

安全執(zhí)行 SIMOP 需要主管當(dāng)局、碼頭運(yùn)營商、燃料供應(yīng)商、加油基礎(chǔ)設(shè)施所有者和接收船之間的協(xié)調(diào)。天然氣作為船用燃料協(xié)會(huì) (SGMF) 是一個(gè)提供指導(dǎo)的組織，其具備指導(dǎo)在液化天然氣燃料船舶加注時(shí)可以安全進(jìn)行哪些其他船舶和港口作業(yè)的能力。類似的指導(dǎo)將同樣適用于甲醇、氨和氫氣的加注，以評估在加注這些燃料時(shí)執(zhí)行其他操作的可行性，例如，裝卸貨物或船上載有乘客時(shí)等。根據(jù)與人口稠密地區(qū)的距離、加注燃料類型以及加注設(shè)施類型等因素，在某些地點(diǎn)或與其他操作同時(shí)進(jìn)行加注的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)被認(rèn)為太高而無法接受（圖4 所示）。

圖4 分別位于港口以及近海拋錨區(qū)域的船-船燃料加注過程

圖5 天然氣運(yùn)輸船在天然氣接收站的裝卸過程

無論針對替代燃料的風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)果如何，從加注安全的角度來看，在海上/錨地進(jìn)行船對船氨加注的風(fēng)險(xiǎn)明顯低于在港口同時(shí)進(jìn)行其他操作時(shí)加油的風(fēng)險(xiǎn)。或者，岸對船氨加注操作可以在 SIMOPS 不常見的指定區(qū)域進(jìn)行，類似于如今天然氣運(yùn)輸船和陸上天然氣終端之間的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)方式（圖 5 所示）。對于港口停留時(shí)間較短的船舶類型，在海上/錨地或在沒有 SIMOP 的指定區(qū)域進(jìn)行加油作業(yè)的需求將對整體運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響，導(dǎo)致延誤和額外成本的產(chǎn)生。

3 船舶脫碳技術(shù)及替代燃料

3.1 固體氧化物燃料電池

與內(nèi)燃機(jī)相比，新型高效船載能量轉(zhuǎn)換器可以減少溫室氣體排放。其中一種轉(zhuǎn)化技術(shù)是固體氧化物燃料電池 (SOFC)，它能夠?qū)薄⒁夯烊粴狻⒓状己蜌錃獾热剂限D(zhuǎn)化為電力，并且與內(nèi)燃機(jī)相比具有潛在更高的能源效率，因此引起了市場的興趣。

SOFC 的特點(diǎn)是它采用固體氧化物材料作為電解質(zhì)，用于將負(fù)氧離子從陰極傳導(dǎo)到陽極。燃料電池由幾毫米厚的陶瓷層組成，堆疊在一起并串聯(lián)形成SOFC 電池組。所使用的陶瓷只有達(dá)到非常高的溫度才會(huì)變得活躍，這就是為什么SOFC 發(fā)電組通常在500oC 至1000oC 的溫度下運(yùn)行。較高的工作溫度使得一些 SOFC 可以在陽極將氨和輕質(zhì)烴等燃料內(nèi)部重整為氫氣，而無需外部燃料重整器。如果燃料電池內(nèi)釋放的熱量可以從廢氣中回收并在船上利用，那么與當(dāng)前的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相比，可以實(shí)現(xiàn)更高的能源產(chǎn)量并相應(yīng)減少溫室氣體排放。此外，以天然氣為燃料的SOFC 不存在甲烷逃逸問題，并且如果與船上碳捕獲和存儲(chǔ)裝置結(jié)合使用，廢氣中濃縮的二氧化碳將會(huì)是有益的，因?yàn)楦邼舛鹊亩趸伎梢詼p少用于碳捕獲過程所需要的能源。例如，Georgopoulou 等人已經(jīng)探索了使用 SOFC 與 LNG 作為燃料的潛力，其中 DNV 和Euronav 發(fā)現(xiàn)使用蒸汽輪機(jī)進(jìn)行廢熱回收的SOFC 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 60% 的能量轉(zhuǎn)換效率，而使用該燃料電池系統(tǒng)后，以液化天然氣為燃料的超大型原油運(yùn)輸船 (VLCC) 的燃料消耗可減少 33%。除此之外，燃料電池還具有其他潛在的優(yōu)勢，例如降低噪音、減少維護(hù)需求、模塊化和靈活的設(shè)計(jì)以及能夠提高部分負(fù)荷運(yùn)行效率等。然而，燃料電池在成本和耐用性方面存在顯著的缺點(diǎn)。在燃料電池能夠?yàn)闇p少排放做出有意義的貢獻(xiàn)之前，需要解決這些問題。

3.2 液化氫

挪威首次直接使用液化氫作為渡輪的船用燃料，全球首艘氫動(dòng)力渡輪MF Hydra 安裝了400 kW 的PEM 燃料電池和一個(gè)80 m3C 型液化氫罐。該渡輪由 Norled 運(yùn)營，與挪威公共道路管理局 (NPRA) 簽訂了合同。這是繼 2000 年推出第一艘液化天然氣動(dòng)力渡輪 MF Glutra 和2014 年推出第一艘電動(dòng)渡輪MF Ampere 后，NPRA 對新技術(shù)開發(fā)和實(shí)施的又一重大進(jìn)步。

液化氫也正在被研究作為深海運(yùn)輸?shù)娜剂?。通過制定了遠(yuǎn)洋船舶運(yùn)輸液化氫的計(jì)劃，旨在實(shí)現(xiàn)向歐盟等國家進(jìn)口氫氣。運(yùn)輸?shù)臍錃饪梢酝ㄟ^碳捕獲與封存裝置由可再生電力和化石能源制成。來自歐洲的四個(gè)港口和日本的一個(gè)港口正在制定氫氣進(jìn)口計(jì)劃。Suiso Frontier 是一艘1,250 立方米液化氫運(yùn)輸船原型，于2022 年1 月完成了從澳大利亞維多利亞到日本的首次國際貨運(yùn)航行。有關(guān)液化氫運(yùn)輸船新設(shè)計(jì)的示例，如圖6 所示。

圖6 天然氣運(yùn)輸船在天然氣接收站的裝卸過程

使用液化氫作為船舶燃料存在的問題包括：燃料成本高、燃料電池和燃料箱目前價(jià)格昂貴，以及缺乏針對易燃和爆炸風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致出現(xiàn)安全問題的對應(yīng)使用法規(guī)。在深海運(yùn)輸中使用液化氫作為燃料的一個(gè)主要經(jīng)濟(jì)障礙是與其他燃料相比，液化氫的體積能量密度較低，尤其還需要考慮到其需要額外的密封系統(tǒng)。這使得必須采取措施減少燃料消耗，不僅要減少直接燃料成本，還要減少船上存儲(chǔ)所需的空間。采取提升效率的技術(shù)和運(yùn)營措施、物流優(yōu)化和能源輔助（例如風(fēng)能）等手段將擴(kuò)大船舶的運(yùn)營范圍并減少載貨容量損失。

3.3 風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)

風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)（WAPS）作為減少船舶燃料消耗和排放的一種手段而受到廣泛關(guān)注。通過產(chǎn)生空氣動(dòng)力，它能夠使用風(fēng)力來補(bǔ)充船舶推進(jìn)力。因?yàn)轱L(fēng)能是一種取之不盡、用之不竭、免費(fèi)且碳中性的能源，WAPS可以顯著提高航運(yùn)運(yùn)營效率，并為行業(yè)脫碳做出積極貢獻(xiàn)。

與替代燃料不同，WAPS 直接利用風(fēng)能為船舶提供額外的推力而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力輔助推進(jìn)，因此在EEXI/EEDI的能效指數(shù)中被歸類為降低推進(jìn)所需能量的技術(shù)。換句話說，這個(gè)術(shù)語中的風(fēng)不是購買和儲(chǔ)存的替代燃料。據(jù)船東和運(yùn)營商稱，風(fēng)力輔助推進(jìn)已經(jīng)為某些船舶每年節(jié)省了5%至9% 的燃料，并且據(jù)稱有可能達(dá)到 25%。如果一艘新船專門設(shè)計(jì)可攜帶風(fēng)帆系統(tǒng)，那么其收益可能會(huì)更高。通過將風(fēng)力輔助推進(jìn)與船舶氣象航線優(yōu)化和船速優(yōu)化（例如允許較低的速度）相結(jié)合，可以為單艘船舶生成最佳航線來減少能源消耗。一般情況下，向碳中性燃料過渡通常意味著燃料成本的增加和能量存儲(chǔ)容量/范圍的減少。在這種背景下，風(fēng)能與能源優(yōu)化措施以及一小部分的化石燃料結(jié)合可能是成功實(shí)施近零排放概念所需要的。

人們對風(fēng)能的重新興趣可能不會(huì)導(dǎo)致前幾個(gè)世紀(jì)服務(wù)于全球貿(mào)易的高桅帆船的復(fù)興，但風(fēng)能可以成為替代燃料的補(bǔ)充。當(dāng)前的風(fēng)力輔助推進(jìn)技術(shù)依賴于先進(jìn)空氣動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)建模和現(xiàn)代材料的結(jié)合，能夠?yàn)檫h(yuǎn)洋船舶開啟新一代風(fēng)帆系統(tǒng)。并且，大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)都利用最先進(jìn)的智能控制和自動(dòng)化系統(tǒng)來安全運(yùn)行，而不需要額外的人員。

不同的帆船裝置設(shè)計(jì)已被提出或正處于開發(fā)階段，其包括剛性或軟翼帆、旋翼帆、通風(fēng)水翼和風(fēng)箏等，見圖7 所示。風(fēng)力輔助推進(jìn)技術(shù)具有許多優(yōu)勢，但其廣泛應(yīng)用也面臨一些問題。一項(xiàng)關(guān)鍵問題是確保技術(shù)的可靠性，使其能夠在各種條件下有效運(yùn)行。目前，已有 28艘大型商船安裝了風(fēng)力推進(jìn)系統(tǒng)，總載重量超過了100萬噸。其中旋翼帆占當(dāng)前安裝量的一半。從公開宣布的項(xiàng)目來看，這些數(shù)字預(yù)計(jì)在明年將翻倍增長。

圖7 幾種常見風(fēng)帆裝置設(shè)計(jì)圖

圖8 愛達(dá)郵輪公司的珍珠號(hào)郵輪裝備有空氣潤滑系統(tǒng)

3.4 空氣潤滑系統(tǒng)

空氣潤滑系統(tǒng)（Air lubrication systems,ALS）可以通過沿著船舶的平底區(qū)域注入空氣來降低船體和海水之間的阻力，從而降低能耗。船舶在水中運(yùn)動(dòng)的阻力由多個(gè)部分組成，其中摩擦阻力是主要阻力。對于低速船舶來說，摩擦阻力可達(dá)總阻力的85%。表面摩擦阻力與船體表面潤濕狀況及巡航速度成正比，當(dāng)船舶高速行駛時(shí)，表面摩擦的微弱降低也會(huì)對燃料消耗產(chǎn)生很大的影響。

空氣潤滑系統(tǒng)沿著船舶的平坦底部區(qū)域注入空氣以減少摩擦阻力。由于邊界層中湍流的存在，形成了一種空氣和海水的混合物。當(dāng)這種混合物中的空氣層可以連續(xù)在大部分船底表面上產(chǎn)生時(shí)，可實(shí)現(xiàn)阻力的減少比空氣層分解成小塊或小塊進(jìn)一步分解成大氣泡時(shí)的情況更加顯著。摩擦阻力的減少取決于空氣和海水混合物的均勻性以及船底寬度和船長上的氣流速率，這使得空氣單元的分布成為一個(gè)重要因素。

就目前來看，空氣潤滑系統(tǒng)的采用率逐漸增高，特別是在集裝箱和氣體運(yùn)輸船領(lǐng)域，但實(shí)際仍處于實(shí)施的早期階段。截至 2023 年 6 月，據(jù)報(bào)告稱已經(jīng)簽約或交付了超過347 艘配備或改裝空氣潤滑系統(tǒng)的船舶。韓國三大船廠韓華集團(tuán)、HD 現(xiàn)代和三星重工總共擁有137 艘配備空氣潤滑系統(tǒng)的船舶。包括 105 艘LNG 運(yùn)輸船、26 艘集裝箱船和 6 艘集裝箱/滾裝船。英國公司 Silverstream Technologies 記錄有110 艘船舶配備了ALS，其中，包括 19 艘LNG 運(yùn)輸船、53 艘集裝箱船、20 艘游輪、6 艘散貨船/油輪和12 艘滾裝船。據(jù)報(bào)道，更多配備芬蘭公司Foreship 空氣潤滑系統(tǒng)和三菱空氣潤滑系統(tǒng) (MALS) 的船舶已投入使用或訂購。

未來的研究可能會(huì)針對顯著提高空氣潤滑系統(tǒng)的潤滑性能，而在下游更大距離內(nèi)保持穩(wěn)定空氣層的能力是一個(gè)關(guān)鍵研究課題。新型船體涂層可能是眾多解決方案中的一種。另一個(gè)重要部分是優(yōu)化ALS 控制系統(tǒng)，需要考慮船舶吃水、縱傾和速度，或波浪和波浪引起的船舶運(yùn)動(dòng)變化等影響。

3.5 船載碳捕獲和存儲(chǔ)技術(shù)

船載碳捕獲和儲(chǔ)存（CCS）技術(shù)在指在二氧化碳通過廢氣排放到大氣中之前捕獲燃料中碳的技術(shù)。這需要二氧化碳儲(chǔ)存裝置以及能夠接收和永久儲(chǔ)存遠(yuǎn)離大氣的二氧化碳的價(jià)值鏈。船上碳捕獲允許直接在單艘船上繼續(xù)使用富含碳的化石能源（但應(yīng)顯著減少二氧化碳排放），而不是在陸地通過集中碳捕獲將傳統(tǒng)燃料轉(zhuǎn)化為無碳藍(lán)色燃料（氨或氫）。因此，船上碳捕獲裝置可以實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行，而無需依賴藍(lán)色燃料、或由可持續(xù)生物質(zhì)及可再生電力制成的燃料。

因此，船載碳捕獲和存儲(chǔ)系統(tǒng)將依賴于岸基完備的CCS 基礎(chǔ)設(shè)施，因?yàn)榇系牟东@過程只是整個(gè)過程的起點(diǎn)。船舶將需要：一，碳捕獲設(shè)施以去除廢氣中的二氧化碳；二，將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為適合儲(chǔ)存的狀態(tài)；三，能夠卸到岸上或運(yùn)輸船上的儲(chǔ)存和卸載設(shè)施。一旦實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕獲并準(zhǔn)備好存儲(chǔ)過程，需要開發(fā)與管道或船舶的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，以便將二氧化碳運(yùn)送到永久封存地點(diǎn)。碳定價(jià)預(yù)計(jì)將成為這相關(guān)陸上基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)的主要驅(qū)動(dòng)力。針對陸基工業(yè)實(shí)施的歐盟排放交易體系可以作為一個(gè)例子?？梢院侠砑僭O(shè)的是，岸上二氧化碳捕集行業(yè)將推動(dòng)這一物流鏈的發(fā)展，因?yàn)榘渡喜都亩趸剂款A(yù)計(jì)遠(yuǎn)大于航運(yùn)。航運(yùn)業(yè)每年排放約10 億噸二氧化碳。預(yù)計(jì)在 2050 年凈零政策下，全球 CCS 容量每年將儲(chǔ)存 4000 至 8400 萬噸二氧化碳。

3.6 核動(dòng)力推進(jìn)

核動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)是一種零排放、零碳和碳中性的航運(yùn)替代方案，行業(yè)參與者正在考慮核動(dòng)力商船。核動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)主要通過船上的核反應(yīng)堆提供船舶的主要能源需求，其中核燃料的受控裂變產(chǎn)生熱量，并使用冷卻劑提取熱量。熱量主要用于發(fā)電。舉例來說，即是通過產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)、產(chǎn)生電力以用于電力推進(jìn)或驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行機(jī)械推進(jìn)。除了固有的碳中和運(yùn)行優(yōu)勢之外，核動(dòng)力船舶在面臨碳中和燃料的可用性及價(jià)格波動(dòng)、時(shí)刻變化的排放法規(guī)和排放成本時(shí)承受的風(fēng)險(xiǎn)也較小。

核動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)施仍然需要克服一些障礙，其中最重要的是防擴(kuò)散問題、防止核事故發(fā)生、國際監(jiān)管制度需要建立以及公眾對該技術(shù)的看法。自1955 年推出第一艘核動(dòng)力船舶——美國潛艇“鸚鵡螺號(hào)”以來，大約有700 個(gè)核反應(yīng)堆被用于船舶和潛艇。截至目前，已有160 艘船舶和200 個(gè)反應(yīng)堆正在運(yùn)行。大多數(shù)海洋核反應(yīng)堆已用于海軍水面艦艇和潛艇，俄羅斯已建造了12 艘核動(dòng)力破冰船，其中7 艘仍在運(yùn)行。三艘試驗(yàn)性商船已配備核推進(jìn)系統(tǒng)：美國的薩凡納號(hào)（1962-1972年）、德國的奧托·哈恩號(hào)（1968-1979 年，如圖9 所示）、日本的陸奧號(hào)（1990-1992 年），還有仍在運(yùn)營的俄羅斯商船Sevmorput。

圖9 德國的核動(dòng)力貨輪奧托·哈恩號(hào)