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脱碳进展和挑战:2030 年至 2050 年 – 新兴燃料研究

News & Insights 9 January 2023

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我们之前的博客文章将焦点对准了过渡燃料,其中我们分享了会员对遵守国际海事组织 (IMO) 脱碳短期和中期目标的看法,并探讨了生物燃料和液化天然气 (LNG) 的挑战和优势。

在这篇文章(第四篇)中,我们对“2022 年替代燃料调查”的结果进行了分析,进一步展望了 2030 年和 2050 年的情况。此外,我们还对航运业脱碳之旅中可能发挥重要作用的新兴燃料进行了研究

脱碳进展和挑战:2030 年至 2050 年 – 新兴燃料研究

IMO-2030 和 IMO-2050

IMO 针对国际航运制定了宏伟的目标。IMO-2030 的目标是,与 2008 年相比,到 2030 年将碳强度(每运输功的二氧化碳排放量)至少降低 40%,同时力争到 2050 年降低 70%。IMO-2050 目标要求,到 2050 年,年度温室气体 (GHG) 排放总量至少减少 50%,力争在本世纪末彻底消除温室气体排放。上述目标可能会有所收紧,计划于 2023 年进行的战略审查可能要求到 2050 年实现净零排放。 

要了解有关《防污公约》附则六中最新条例和修订的更多信息,请参阅我们的 “展望 2023 年” 博客文章。

新兴燃料研究

大背景正在不断变化,而这只会使航运业在继续通往脱碳道路上的压力不断加大。实现净零排放目标的截止日期可能提前到来,船东和经营人需要迅速采取行动,并着眼于长期解决方案,而非局限于实现短期和中期目标。

我们的“2022 年替代燃料调查”显示,在实现 IMO-2050 目标方面,会员们更倾向于选择甲醇和氨。那么,对于船东和经营人来说每种燃料具有哪些优势,又会带来何种挑战呢?船东和经营人应该在新兴燃料中做何选择呢

甲醇

甲醇 (CH3OH) 是常见的船运化学商品之一。甲醇主要由碳构成,通常由天然气和煤加工得来。但是,碳也可以来源于各种可再生资源,包括“生物质能燃料”,如粮食作物、农业废弃物、林业剩余物、使用过的食用油和其他废弃物,因此甲醇被视为绿色燃料。

从监管方面来看,关于将甲醇或乙醇用作船用燃料的 IMO 临时指南 (MSC.1/Circ.1621) 和针对船舶使用低闪点燃料的 IGF 规则 基于目标对船用甲醇燃料提供了详细的规范性要求。

甲醇具有诸多优势,包括:

  • 环境温度下为液体状态,因此无需加热或冷却。
  • 相较于低温燃料更易于储存,便于处理。
  • 现有传统燃油发动机有可能改造成甲醇发动机。
  • 对现有储存和加注设施的改动较小。
  • 已经广泛交易,广为人知,且可在部分港口方便地加注。
  • 可溶于水、可生物降解,如果发生泄漏,对环境的影响较小。
  • 相较于氢气和氨,能量密度更高。
  • 是清洁燃料,硫氧化物 (SOx)、氮氧化物 (NOx) 和颗粒物排放较少。

但是,它也带来了一些挑战: 

  • 目前生产仍主要依赖于加工天然气(灰色甲醇)或煤炭(棕色甲醇),二氧化碳减排效果有限。
    只有使用可再生能源(如生物质能燃料)生产,且使用可再生能源作为动力生产时,才是绿色甲醇。
  • 与传统燃油相比,能量密度较低。
  • 燃料体积大,几乎是燃油的 2.5 倍,因此所需的燃料存储柜更大和/或需要更加频繁地加注。
  • 闪点远低于 60°C,存在火灾风险,在处理和储存时需要采取额外的防火措施。
  • 若不慎吸入、摄入或处理不当会造成中毒。
  • 腐蚀风险增加,除所需的燃料舱更大外,还需要额外的隔离舱,以防燃料泄漏进入机舱

通常情况下,氨 (NH3) 是通过将烃类燃料中提取的氢气和液化空气中提取的氮气结合得来。在环境条件下,它是一种无色气体,具有特有的刺鼻气味。

本质上,氨是氢的载体。但与氢气相比,由于能量密度和液化温度等因素,氨更易于储存。

目前,氨由天然气加工得来,但有可能通过碳捕捉减少碳排放足迹(蓝色氨),或者利用可再生资源生产(绿色氨)。

氨的优势包括: 

  • 由于氨不含任何碳分子,因此在其燃烧过程中不排放二氧化碳 。
  • 通过使用绿色氢气和可再生能源进行转化,有可能实现“绿色”生产。但这一过程可能会影响其成本竞争力。
  • 目前已大量生产并用于化工行业,可利用现有基础设施进行运输分配。
  • 通常作为货物运输,因此对于处理和运输等问题已形成共识。
  • 氨的储存温度约为 -33oC,因此相比于氢气或液化天然气,氨相对易于处理。
  • 与其他燃料相比,起火范围相对较窄,火灾风险较低。

但是,它也带来了各种挑战,例如:

  • 具有毒性。氨极易溶解。即使浓度极低,也可通过体液(汗液、泪液、唾液)吸收,并可能导致严重的化学烧伤。因此,使用氨燃料需要配备额外的安全系统。
  • 除毒性外,氨还会增加某些金属(如铜、黄铜、锌和各种合金)的腐蚀风险。
  • 通常,氨作为货物运输,将其用作燃料的研究仍处于早期阶段,相关监管框架正在不断完善。目前,IGF 规则对氨等有毒燃料并未做出规定性要求。
  • 氨的体积效率和能量密度较低,这意味着船上需要配备更多的燃料存储空间。需要的燃料空间大意味着所需的船舶更大、装货空间被挤压或需更加频繁地进行加注。
  • 若在冷藏条件下存储氨,那么在设计存储柜时需考虑温度和/或压力控制。由于热量增加氨会不断蒸发并生成蒸汽,如果不加以管理,存储柜中的压力将不断增加。此外,保证低温储存需要能量。
  • 与其他燃料相比,氨的燃烧速度非常慢,并且其自燃温度相较于传统燃油更高。这意味着相比其他燃料,氨开始燃烧后更加难以实现持续性燃烧。因此需要借助引燃/点火剂(助燃剂)来加强燃烧,这可能会导致增加发动机输出困难。
  • 虽然氨中不含碳,却含有氮,燃烧时会产生氮氧化物 (NOx) 和一氧化二氮 (N2O)。N2O 排放对温室气体的影响比 CO2 大近 300 倍。
Man with blue safety helmet

正如我们此前在博客中强调的,无论会员是否选择甲醇、氨或其他可能的替代燃料,都需要考虑一些关键因素。

船上和岸上人员的培训至关重要,与合作伙伴和同行保持密切合作也同样重要。航运业历来不愿分享信息,而缺乏透明度和方向性也导致了进度缓慢。

要解决这一问题,特别是在截止日期日益逼近的情况下,会员必须共享新方法、洞察、建议等信息,造福所有人。

Standard Club 的支持

我们以 IMO 目标为基准,帮助全球会员和船东实现安全、成功、可持续的绿色能源转型。

我们专注于提供支持,致力于为会员和经纪人做出明智选择和决定提供其所需的全部信息。

访问我们的 替代燃料专题页面 ,通过视频、播客和网络研讨会了解海量替代燃料信息,包括新兴燃料和过渡燃料、节能技术、文章、建议和支持工具。会员还可以联系我们在替代燃料领域拥有丰富专业知识和经验的专业人员。

类别: Alternative Fuels

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