本文3655字，阅读约需9分钟
摘 要：如同当年LNG（Liquefied Natural Gas：液化天然气）的大规模海运一样，作为一种环保措施，人们对于发电用氨的期待以及氨不断扩大的社会需求的压力，正在开启“氨”的大规模海运时代。LNG运输船技术已应用于LNG燃料船和LNG燃料供给设备，该技术也将应用于氨，并推动氨燃料船和氨燃料供给设备的开发。此外，氨燃料的真正普及还需要建立规章制度和培训船员，同时，对于提供船舶和设备的制造商以及今后的氨燃料船的运营者来说，也期待能在LNG运输的基础上研发出用于氨运输的船舶和设备，从而实现从LNG到氨的转换。
关键字：LNG燃料、氨燃料、船舶燃料转换、LNG运输船技术、氨燃料船、氨燃料供给设备
早期的LNG运输船采用汽轮机推进装置作为推进装置，以最大限度地降低推进装置对LNG储罐造成振动影响的风险，且能够有效利用LNG储罐的蒸发气体（BOG：BoilOff Gas）作为燃料。之后，研发了可以使用LNG燃料的高效船用柴油机，建立了对LNG储罐的振动影响评价和措施，在柴油电动推进装置之后，现在的大多数的LNG运输船都配备了由LNG燃料柴油发动机直接推进的装置。船用LNG燃料发动机出现之后，除了用于LNG运输船之外，LNG燃料出现了其他用途。
作为一项环保措施，以LNG为燃料的船（称为LNG燃料船）主要在欧洲制造和运营，并且随着环保意识的提高，其数量也在增加。在日本，大型普通商船中的LNG燃料船的竣工数量和制造合同的数量也在增长，并且随着用于LNG燃料补给船等的港口LNG供给基础设施的扩增，可以切身感受到进入了LNG燃料船扩张的时代。
但是，近年来，由于对全球环境和气候变化的危机意识日益增强，对GHG（Greenhouse Gas）削减和碳中和措施的相应要求正在加速提高，着眼于下一代LNG燃料的探讨和开发早已提上日程。由于LNG燃烧时会伴随CO2排放，其已被公认为仅是一种过渡解决方案，在新一代碳中和燃料或基于CO2回收的生态系统实现之后将退出历史舞台。现在，船东、船舶公司、造船厂、船用设备制造商、以及燃料供给商等诸多海事相关人员都在关注今后的船舶能源供给方式。
基于船舶类型和航行方式等各种各样的条件和背景，预计未来将同时存在多种船用燃料。如表1所示，在各种候选燃料中，氨不会如其它燃料那样排放CO2，并且具有适合大量运输和长期航行的特点，被公认为是一个有竞争力的选项。
本文重点关注从LNG燃料向氨燃料的过渡，在分析LNG运输船向LNG燃料船技术转移的基础上，预测今后氨燃料化的动向，同时考察LNG燃料转换为氨燃料时的技术共通性，并展望氨燃料船舶和氨燃料供给设备的开发方向。
2.1 LNG和氨在实现碳中和中的作用
主要国家已经制定了2030年GHG减排目标和2050年前后实现碳中和的宏伟目标，世界正朝着实现碳中和方向迈进，诸多领域都在推进解决可再生能源的普及、CO2削减、CO2回收等课题。
在至今以化石燃料能源为主流的时代，产油国和能源需求地区之间存在着地区差异，从而导致了运输需求，该需求由管道和船舶满足。另一方面，如图1所示，可再生能源适宜地区和能源需求地区之间也存在地区差异。尽管碳中和能源的供应链结构有所不同，但仍然存在大量的运输需求。尤其是在远距离运输中，与铺设管道和电网相比，使用船舶的海运具有优势，在从化石能源走向碳中和能源的过渡时期，需要在目的地、运输量等的变化中取得新平衡。在以实现碳中和社会为目标的过渡期中，当作为能源传输介质的燃料发生变化时，能源运输需求也随之变化。因此，能够大量、远距离运输能源且具备运输路线灵活性的船舶将在这个过渡时期内发挥重要作用。
碳中和能源传输介质主要包括氢、氨、合成甲烷、以及合成甲醇等。以氢为中心的能源传输系统的真正普及尚需时日，因其需要建立从制造到使用的所有基础设施和技术。作为替代，氨不含碳，可由大气中的氮和氢制取，且其合成技术已确立，因此作为一种能量传输介质被寄予厚望，并引起了人们的高度关注。
作为另一种手段，与燃烧后CO2的回收相结合制造合成烃的CO2循环型能源运输也被纳入考虑。使用回收的CO2制成的合成甲烷和合成甲醇是碳中和能源传输的介质。在有效利用现有基础设施方面，从LNG转换为合成甲烷也被认为是一个很好的选择。
图1 可再生能源适宜地区和能源需求地区
2.2 监管规则的动向及其对船舶运营的影响
国际海事组织（IMO：International Maritime Organization）于2018年4月制定了GHG减排战略，以2050年国际航运的GHG排放总量比2008年减少50%作为中期目标，以本世纪内尽快实现GHG净零排放为长期目标。
在2021年6月召开的IMO海洋环境保护委员会（MEPC：Marine Environment Protection Committee）上，对船舶油耗性能进行预认证的EEXI（Energy Efficiency Existing Ship Index）监管和事后检查实际油耗效率的燃料等级系统（CII等级：Carbon Intensity Indicator rating）已被采纳，并将于2023年开始适用。CII rating规定，用于评级的GHG减排标准值将逐年严格化，并决定，至2026年，以每年1-2%的速度收紧该标准值的减排率。2027年以后将会进一步收紧，具体数值还未确定。每艘船舶都要获得相应评级（从高到低为A-E），连续3年被评为D级，或得到最低E评级的船只必须制定整改计划，采取燃料转换和减速航行等措施。该制度强制规定必须改造环保性能较差的船舶或降低其运输量，所以影响很大。不过反过来说，环保性能的评级也可以被视为一个机会，可以积极推进支持新一代燃料的船队的建立，并向环保意识较高的航运公司和消费者进行宣传，还可以进一步将其用作环保性能的指标。
与重油相比，LNG燃料可减少约25%的CO2，且当前就可以利用，因而可作为应对评级的早期整改和解决方案。氨燃料作为无碳燃料被寄予厚望，是实现进一步GHG削减的有效手段，从LNG燃料到氨燃料的燃料转换正处于研讨过程中。
3.1 LNG陆地使用和正式海运的开端
由于天然气含有较少的硫等污染物且发热量大，因此作为城市燃气的燃料来源受到关注。通过管道运输实现天然气的大规模使用，在美国是开始于二战前，欧洲和俄罗斯则是二战后开始普及。由天然气液化得到的LNG曾经由于难以处理，一度无法进行海运，但到了1970年代，船舶运输LNG成为了可能，需要远距离运输的日本开始大规模使用LNG。
在日本，战后首先以煤炭，随后以石油为能源推动工业化，但同时伴随着严重的空气污染和水污染，导致各种公害问题。作为对策，日本开始考虑使用清洁能源——天然气。以东京电力公司和东京瓦斯开始从阿拉斯加进口LNG为起点，日本开始进口LNG，拉开了全世界正式LNG海运的帷幕，石油冲击推动了LNG的使用，大大增加了运输量。
3.2 LNG运输船
此后，LNG运输船经历了重大的技术创新。例如，LNG储罐型运输船出现了MEMBRABE型运输船，以及之后的MOSS型运输船等，形成了多种技术的竞争状态，且均在技术方面和安全方面都取得了高水平的成功。之后，船载再液化装置等各种船用LNG技术百花齐放，船舶尺寸也随之大型化，包括制造技术在内的技术创新时至今日都在不断发展。可以说，船舶的大型化进程已进入稳定阶段，船型也已实现标准化，技术已经成熟。
LNG运输船在推进装置方面已经取得了独有的技术进步。对于LNG运输船，不可避免地要处理极低温LNG在运输过程中产生的蒸发气体，需要进行气体处理以抑制LNG压力的上升。因此，为了经济地利用蒸发气体，主要使用LNG作为推进燃料。早期的LNG运输船使用汽轮机作为推进装置，之后经历了多次技术变迁，出现了再热汽轮机、燃气中速发电机发动机的电力推进、以及低速燃气柴油发动机，逐步降低了油耗。LNG运输船需要具备LNG储罐特有的极低温技术，同时在燃料利用方面也要具备有别于其它船舶的技术，在船舶制造和运营方面也需要掌握气体处理技术的技术员和船员。
3.3 LNG燃料船
由于船用LNG燃料发动机的使用环境已经成熟，设计和制造不再需要特殊的涡轮推进装置技术，使得建造一艘以LNG为燃料的LNG燃料船舶变得简单。并且，由于LNG海运的普及以及全球许多港口都在不断建设利于LNG燃料船舶的设施，因此LNG燃料船舶的应用范围正在扩大。
在全球各港口，向普通船舶供给LNG燃料的燃料供给船（LNG燃料补给船）正在逐步竣工，船舶燃料供给方面的担忧正在消除，普通商船应用LNG燃料的环境也已具备。向发动机供给LNG燃料需要一个装置来调节LNG，以达到发动机指定的温度、压力和流量，并且该装置需要具有将燃料罐的LNG维持和管理在适当状态的功能。
这种复杂的燃料供给系统（LNG-FGSS：LNG-Fuel Gas Supply System）在LNG燃料船上不可缺少，其由各制造商在LNG运输船技术的基础上开发，并建立了与相关设备一同打包，作为技术包提供的体系。船东和造船厂无需单独设计和采购设备，即可享受高度可靠的系统。三菱重工是最早着手开发LNG-FGSS并将其商用化的公司之一。LNG燃料船正在向具有规模经济效益的大型普通商船扩展，但预期将先逐步向中型船舶扩展。
并且，随着LNG燃料船舶的增加，LNG燃料补给船的普及范围也会不断扩大，预计未来燃料供给体系将进一步完善。这其中存在的问题是，甲烷的温室效应系数是CO2的28倍，因此研究如何降低LNG燃料发动机的未燃烧成分排放，以及采取措施防止LNG燃料生产、运输和补给过程中的温室气体排放仍然很重要。
未完待续！
联系客服
