東 亞 王 森

（1.上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125；2.上海交通大學(xué)，上海 200240）

0 引言

據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的報(bào)告顯示，2021 年全球CO2排放量約為363 億 t，其中航運(yùn)業(yè)CO2排放量約為8.33 億 t，占全球排放總量的比例約為2.3%，如不采取積極管控措施，這一數(shù)字將于2050 年飆升至18%。為加快遏制航運(yùn)業(yè)及造船業(yè)的碳排放，減緩全球變暖，國(guó)際各大組織及各國(guó)家紛紛出臺(tái)相應(yīng)規(guī)范及制度，國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，簡(jiǎn)稱(chēng)IMO）特別制定了一系列碳減排的相關(guān)戰(zhàn)略指導(dǎo)及行業(yè)規(guī)范。中國(guó)于2020 年提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”愿景，而新造船、改造船的技術(shù)和能源改革，是航運(yùn)業(yè)完成“雙碳”目標(biāo)的重要推力，綠色船舶、綠色航運(yùn)勢(shì)在必行。

1 航運(yùn)與造船業(yè)的碳減排目標(biāo)及戰(zhàn)略愿景

由于國(guó)際航運(yùn)活動(dòng)具有全球動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，遠(yuǎn)洋船舶穿梭于各個(gè)國(guó)家的不同港口之間，受不同地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、法規(guī)的影響較大，該特殊現(xiàn)實(shí)情況要求全球各個(gè)國(guó)家需要統(tǒng)一組織，制定統(tǒng)一國(guó)際規(guī)范。IMO 是聯(lián)合國(guó)中承擔(dān)制定海上減排目標(biāo)的專(zhuān)職機(jī)構(gòu)，以創(chuàng)建和維護(hù)公平、有效的航運(yùn)業(yè)框架為己任，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展，保障全球海上安全。

1.1 “初步戰(zhàn)略”的制定與設(shè)立

IMO 在2018 年4 月發(fā)布了《IMO 船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“初步戰(zhàn)略”)等相關(guān)戰(zhàn)略指導(dǎo)，并且將在今年2023 年對(duì)初版戰(zhàn)略重新修訂，該戰(zhàn)略是全球航運(yùn)業(yè)的首個(gè)氣候框架，同時(shí)對(duì)標(biāo)國(guó)際氣候公約應(yīng)對(duì)全球環(huán)境變暖的要求，對(duì)國(guó)際航運(yùn)業(yè)作出重要減排指示，加速航運(yùn)及造船業(yè)向低碳零排轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1.2 “初步戰(zhàn)略”的減排力度與目標(biāo)

對(duì)于2013 年后新交付的船舶計(jì)算“船舶能效設(shè)計(jì)指標(biāo)（EEDI）”，對(duì)于2013 年前交付的存量船舶控制“現(xiàn)有船舶能效指標(biāo)（EEXI）”，并對(duì)照評(píng)估船舶的“碳排放強(qiáng)度指標(biāo)（CII）”來(lái)有效控制船舶的實(shí)際碳排放量，要求船隊(duì)根據(jù)自身的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)置，優(yōu)化船舶的能效管理，積極應(yīng)對(duì)海上溫室氣體排放新規(guī)。“初步戰(zhàn)略”的具體實(shí)施包含5 個(gè)步驟，要求逐步完成對(duì)海上溫室氣體排放總量的控制，力爭(zhēng)在2050 年達(dá)到平均碳強(qiáng)度同比于2008 年下降至少70%、溫室氣體排放總量下降50%的戰(zhàn)略目標(biāo)，并盡早在21 世紀(jì)中葉完成溫室氣體零排放的宏偉目標(biāo)。

1.3 “初步戰(zhàn)略”的三階段措施

為實(shí)現(xiàn)階段性減排目標(biāo)，會(huì)議提議了3 個(gè)階段的候選措施，以船舶強(qiáng)制性能效要求為基礎(chǔ)，力求能夠有效解決溫室氣體排放問(wèn)題。在“初步戰(zhàn)略”中，短期措施包括對(duì)現(xiàn)有能效框架的修改和完善，相關(guān)減排計(jì)劃制定與執(zhí)行等措施性機(jī)制改革；中期措施包括實(shí)施低碳和零碳燃料等新型燃料來(lái)替代傳統(tǒng)船舶重油和輕油，對(duì)新造船和存量船實(shí)施加裝減排設(shè)備等技術(shù)性手段提升；長(zhǎng)期措施包括進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和使用新能源燃料，引入其他減排機(jī)制等,以利于發(fā)揮行業(yè)間協(xié)同作用。

2 綠色船舶減排新技術(shù)的應(yīng)用

由于“初步戰(zhàn)略”中所提及的部分要求已經(jīng)生效或即將生效，行業(yè)的技術(shù)革新刻不容緩。除新造船的要求外，市場(chǎng)上目前仍在服役的船只及船隊(duì)可通過(guò)多種節(jié)能減排的技術(shù)手段，在保證經(jīng)濟(jì)性的條件下，選擇外置加裝設(shè)備的方式來(lái)減少油耗、優(yōu)化營(yíng)運(yùn)以實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。

2.1 氣層減阻技術(shù)

氣層減阻技術(shù)是目前應(yīng)用在船舶上的一種新型節(jié)能技術(shù)，其基本原理是利用水流和空氣在密度和黏度上的差異，將空氣或主機(jī)廢氣注入船舶底部形成一層薄氣層，減小船舶航行期間的風(fēng)阻。據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，氣層減阻技術(shù)的應(yīng)用能有效減少約15%～25%的船舶航行阻力，在提高船舶能效同時(shí)可有效防治船舶污染[1]。氣層減阻技術(shù)對(duì)提高船舶經(jīng)濟(jì)航速、改善船舶航行污染、構(gòu)建綠色低碳運(yùn)輸體系具有重要的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保價(jià)值，目前已在大型運(yùn)輸船舶節(jié)能減排等方面受到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。

2.2 風(fēng)帆助航技術(shù)

風(fēng)能應(yīng)用于船舶領(lǐng)域的歷史悠久，作為一種天然的可再生清潔能源，風(fēng)帆自古以來(lái)被用作船舶推進(jìn)動(dòng)力。20 世紀(jì)六七十年代，風(fēng)帆再次進(jìn)入現(xiàn)代化船舶的研發(fā)視野，但因技術(shù)瓶頸及其操作復(fù)雜性曾一度擱置。近年來(lái)，由于全球氣候變暖和海上溫室氣體的排放增量，國(guó)際間組織的戰(zhàn)略減排推進(jìn)，各國(guó)再次加大了對(duì)于風(fēng)帆技術(shù)的研究與應(yīng)用。相較于其他燃料推進(jìn)方式，風(fēng)力推進(jìn)是一種免費(fèi)且零排放的動(dòng)力來(lái)源，據(jù)研究，安裝風(fēng)帆可以節(jié)能4%～10%，是當(dāng)前船舶外置減排技術(shù)中應(yīng)用較為常見(jiàn)的技術(shù)手段之一[2]。目前推廣外置風(fēng)帆面臨的困難，主要包括現(xiàn)有船舶甲板面積的局限性，以及風(fēng)帆助航裝置的安裝與運(yùn)維難度，并且需要對(duì)船員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的操作培訓(xùn)，選擇與替代燃料結(jié)合使用將有助于推動(dòng)風(fēng)帆助航的進(jìn)一步市場(chǎng)化。

2.3 碳捕集、利用與封存技術(shù)

碳捕集、利用與封存技術(shù)自20 世紀(jì)30 年代開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化進(jìn)程，指的是將燃燒排放源產(chǎn)生的CO2分離后，可進(jìn)行再利用或處理后輸送至指定地點(diǎn)進(jìn)行永久封存，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)處理后能夠避免溫室氣體直接排放到大氣中，從而減弱溫室效應(yīng)[3]。碳捕集、利用與封存技術(shù)現(xiàn)主要應(yīng)用于陸地上各大電廠和熱電廠，相較于陸上使用，海上碳捕集與封存仍面臨許多挑戰(zhàn)，一是船舶空間有限，船上改造難度大；二是該系統(tǒng)本身也需要消耗能量，設(shè)備復(fù)雜度較高，對(duì)船舶性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響；三是CO2存儲(chǔ)在船上存在安全性以及經(jīng)濟(jì)性制約；四是現(xiàn)階段碳捕集成本高昂。鑒于以上因素，碳捕集和封存的技術(shù)還需進(jìn)一步的實(shí)踐來(lái)證明其效果。

3 綠色船舶減排新燃料的應(yīng)用

為加快實(shí)現(xiàn)造船業(yè)與航運(yùn)業(yè)的碳減排戰(zhàn)略目標(biāo)，僅通過(guò)船隊(duì)運(yùn)營(yíng)規(guī)劃、船舶技術(shù)改進(jìn)等路徑帶來(lái)的效果始終有限，必須在行業(yè)規(guī)范、技術(shù)升級(jí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)和使用新型綠色燃料，多方面共同協(xié)作努力，推動(dòng)航運(yùn)業(yè)融合發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)IMO“初步戰(zhàn)略”的宏偉目標(biāo)。

3.1 低碳燃料

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡(jiǎn)稱(chēng)LNG）是目前航運(yùn)業(yè)碳減排過(guò)程中首選的低碳燃料，相較于傳統(tǒng)船舶燃油，LNG 的燃燒排放污染更少，并具有燃點(diǎn)高、抗爆性好的安全特性，是船舶航運(yùn)業(yè)為加快溫室氣體減排的最佳過(guò)渡燃料[4]。

近年來(lái)，越來(lái)越多的雙燃料動(dòng)力船正在取代傳統(tǒng)重油船舶，LNG 是現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下最成熟、最安全的動(dòng)力選擇，受到了各大航運(yùn)公司及船東的青睞，根據(jù)船機(jī)領(lǐng)導(dǎo)者曼恩（MAN）及瓦錫蘭（Wartsila）的市場(chǎng)分享，目前新造船中有超過(guò)30%選擇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。相較于LNG 動(dòng)力新造船市場(chǎng)的火爆，LNG 港口加注業(yè)務(wù)發(fā)展仍然緩慢，LNG加注模式也同樣有局限性。根據(jù)克拉克森提供的報(bào)告顯示，當(dāng)前全球范圍內(nèi)可提供LNG 加注服務(wù)的港口達(dá)185 個(gè)，約為全球港口數(shù)量的14%左右。與此同時(shí)，LNG 動(dòng)力船的建造成本及運(yùn)營(yíng)成本對(duì)船舶航運(yùn)業(yè)造成不小經(jīng)濟(jì)壓力，而國(guó)內(nèi)LNG 船舶的建造工藝和生產(chǎn)設(shè)備的落后同樣制約了行業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。

3.2 零碳燃料

氫氣與氧氣的燃燒產(chǎn)物為清潔水，氨氣與氧氣燃燒產(chǎn)生氮?dú)夂退?，受制于?dāng)前經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全等綜合因素，氫和氨是當(dāng)前綠色船舶發(fā)展的理想零碳燃料。

通過(guò)對(duì)比氫和氨2 種燃料可知，氫的存儲(chǔ)和處理要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氨，保存氫氣需要先冷卻至接近絕對(duì)零度（-239.15℃），并且必須由復(fù)雜而耗能的冷卻系統(tǒng)來(lái)完成；而氨可直接由氫和空氣中的氮?dú)庵瞥?，與氫相比，氨的存儲(chǔ)只需要在-10℃時(shí)加壓液化即可，其成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較低且更容易運(yùn)輸[5]。然而，現(xiàn)階段氨氣作為替代燃料也面臨如下幾個(gè)挑戰(zhàn)，一是氨氣的缺點(diǎn)為熱值低，燃燒性差，并且有毒性；二是適用于氨燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)還在不斷研發(fā)過(guò)程中，仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化，雖或在今年內(nèi)可投入商用，但其真實(shí)效果仍待市場(chǎng)檢驗(yàn)。

4 “雙碳”背景下綠色船舶減排的發(fā)展趨勢(shì)

隨著船舶航運(yùn)業(yè)碳減排壓力增大，為了滿(mǎn)足國(guó)際海事組織長(zhǎng)期減排目標(biāo)，當(dāng)前所使用的低碳燃料并不能達(dá)到IMO關(guān)于2050 年溫室氣體凈零排放目標(biāo)，因此零碳燃料或新型動(dòng)力源的應(yīng)用也亟待發(fā)展，過(guò)渡期間外置減排技術(shù)如風(fēng)帆助航與替代燃料的結(jié)合使用能發(fā)揮出更好的節(jié)能減排效果。

“雙碳”目標(biāo)及溫室氣體減排要求對(duì)船舶的初始投資和營(yíng)運(yùn)成本帶來(lái)新的壓力，改變行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，綠色低碳、節(jié)能減排成為航運(yùn)船舶業(yè)的發(fā)展主流。我國(guó)在綠色船舶創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制度的建立方面仍有許多不足，應(yīng)不斷推進(jìn)船舶設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化改革和新型替代燃料的研究推廣，促進(jìn)綠色船舶行業(yè)協(xié)同發(fā)展。