船舶氨动力前景几何

日前，由中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)与中远海运重工有限公司、中远海运能源运输有限公司联合设计研发的氨燃料动力VLCC同时获中国船级社CCS、美国船级社ABS颁发的原则认可(AIP)证书。

近年来，为实现IMO2050年减排目标，航运业争相开展创新技术的研发应用和引进替代燃料等减排措施。而在众多替代燃料中, 燃烧不产生二氧化碳且便于储存运输的液氨燃料成为了业界关注焦点。

优劣势明显

当前全球氨资源储备丰富，制备成本更低，同时氨更易于储存，液氨能量密度比氢高1倍，同样体积储存能力是液氢的2倍;在基础设施方面，现有氨分销渠道很成熟，成本低，人类已经从氨中实现获益;目前商用制氨技术成熟，集合可再生能源制氨，可用性强，应用十分广泛;安全性方面，氨可以以液态储存，安全性极高。对环境影响小，现有氨产业链对环境影响可控。

根据氨能源协会报告，目前氨每年大约生产2亿吨，是世界上产量第二大的化工商品。而每吨合成氨产生1.8吨CO₂，我国合成氨年产5000万—6000万吨，占全球产量的25%—30%。目前合成氨是第一代灰氨，2030年前生产第二代零碳蓝氨(天然气裂解和CO₂捕集)和第三代可再生能源合成氨都是未来不远的规划。

同济大学教授、燃料喷射与燃烧所所长李理光教授介绍：“早在2004年，美国汽车工程协会就成立了氨能源委员会分会专门研究这个问题，目前已经取得了一些相应的成果。在船用机上，尤其是大型船舶，已经实现应用。这里的氨用的不是纯氨，有的是和柴油混合，有的和天然气混合，实际上是混合燃烧的燃料。”

今年，Lloyd's List(海事出版物)和 劳氏对航运业利益相关者进行的一项调查显示，氨将成为2050年最具潜力的三大燃料之一。调查显示，预计氨燃料在航运燃料中的使用量占比将从2030年的7%增长2050年的20%。

不过，值得注意的是，虽然氨不是高度易燃的，但空气中仅0.25%的浓度即可导致死亡，使该燃料对人具有高度毒性。燃料系统的设计、制造、操作和维护必须确保船员、港口工作人员和燃料供应商的安全。

此外，发动机中氨的燃烧会释放一氧化二氮 (N2O，俗称“笑气”)，一氧化二氮是排在二氧化碳、甲烷之后的第三大温室气体。它所能造成的温室效应的效果大约是二氧化碳的200倍。因此，船上将需要额外的设备来控制 NOx排放。

行业加快布局

根据克拉克森数据，替代燃料在船队及手持订单中的应用正在稳步推进。截至2021年11月初，以总吨计，全球船队中约4.2%的船舶可使用替代燃料，手持订单中这一比例达到34%。从燃料类型来看，手持订单中29.7% (548艘)的运力将使用LNG作为燃料，2.5%(95艘)将使用LPG，此外还有1.8%的船舶将使用其他类型燃料，包括甲醇(22艘)、乙烷(10艘)、生物柴油(6艘)、氢(3艘)以及电池动力(116艘)。与此同时，手持订单中还有24艘“氨预留”及5艘“氢预留”船舶，方便日后进行相关燃料动力的改造。

据外媒报道，Fortescue Metals Group (FMG) 计划在 2022 年底前准备好世界上第一艘氨动力船。该公司有大约 100 艘运输矿石的船只，在这十年内将尽快把所有船只改装成绿氨驱动。绿氨是通过在可再生能源生产的绿色氨中添加从空气中吸取的氮气而制成的

现代重工(HHI)和韩国造船与海洋工程公司(KSOE)已获得BV 船级社Bureau Veritas的原则认可(AIP)证书，以设计和开发氨动力推进的氨运输船。该运输船的尺寸与HHI 91K VLGC设计相似，长227m，宽36.6m，深23.6m。它将装载四个棱柱型货舱，总容量为 91,000 立方米。

三星重工(SHI)已获得挪威船级社(DNV)的原则认可(AIP)证书，用于氨燃料就绪的超大型油轮(VLCC)的基本设计。氨就绪是指目前以液化天然气(LNG)或柴油为动力，但船舶的船体结构、油箱规格等很容易转换为以氨为动力的船舶。

日本各家海运企业也出现了引进氨燃料船的动向。商船三井将比原计划提前两年，从2028年开始引进氨燃料船，并在2035年之前投入9000亿日元资金，引进110艘使用氨气等新一代燃料的船舶。一位商船三井董事充满期待地表示，“预计2025年开发发动机，使用该发动机的船舶将于2027—2028年问世”。

据相关报道，氨燃料船舶的核心部件发动机也在推进开发。德国船用发动机厂商曼恩能源方案公司(MAN Energy Solutions)计划2024年实现面向大型船舶的氨动力专用发动机。

据国际能源署(IEA)预测，按不同种类来看，2050年的船舶燃料用量当中氨气的占比将达到46%，远远高于2030年的8%。同时也超过氢气(16%)。

解决方案待挖潜

航运业将氨作为散装货物运输已有100多年的历史，对货物风险管理有着充分的认知。氨也是最早在船上使用的制冷剂之一，由于其广泛的可用性、简单的制造工艺和相对较低的成本，它仍然是渔船制冷设备的热门选择。

但是，航运业没有使用氨作为燃料的经验，考虑到安全方面的挑战，需要对燃料处理和推进系统进行严格的风险评估，整个供应链也必须强制执行强有力的安全标准。

为了让各组织能够在零碳旅程中做出明智的选择，LR 创建了海洋解决方案就绪水平 (MSRL) 框架。这是一种标准化的筛选评估，可确保对不同的燃料和技术进行评估的一致性，从而能够做出基于实证的决策。

LR 和 UMAS 的研究“零碳燃料的技术经济评估”(2020 年)给出了氨作为航运燃料与其他替代燃料(包括氢、甲醇、生物燃料和电池)相比的投资准备情况的早期迹象。

该研究使用一艘典型的散货船作为案例，在能源价格和总运营成本的一系列情景下进行研究。一个关键发现是，考虑到 2050 年的时间框架，由天然气生产的氨结合碳捕获和储存，即“蓝色氨”是成本最低的零碳选择。

该研究还审视了技术准备情况，发现氨输送链的某些方面，包括加注设备、储罐和燃料供应系统，正在朝着详细的设计解决方案发展。其他领域，如程序文件和质量标准、船上辅助设备以及锅炉，仍处于概念阶段。推进技术在迅速发展，主机制造商也宣布了原型机和试点项目。

此外，目前全球氨分销系统已经就位，但现有的氨运输网络主要连接为工业市场服务的生产和储存地点，其港口设施并非为船舶燃料加注而准备，因此目前的港口布局或许需要进一步调整。

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