汽油替代燃料「可替代燃料」

今天带来汽油替代燃料「可替代燃料」，关于汽油替代燃料「可替代燃料」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

根据Ricardo confidential《2050海事运输减排的技术、运营与能源路径》报告，具有吸引力的可替代能源有绿色甲醇、蓝氨、蓝氢、生物燃料HVO、绿氢、绿氨、生物燃料FAME、生物液化天然气(Bio-LNG)以及动力电池，它们的减排潜力分别为95%、85%、84%、77%、75%、75%、73%、72%和66%，技术成熟度(0-9)分别为7、5、5、9、4、4、9和5。在这张“绿色能源版图”中 ，为什么没有LNG？谁最具潜力？谁又会率先突围？

LNG，不可或缺的前奏

国际海事组织(IMO)于2018年通过温室气体减排初步战略，雄心满满加入了全球探求脱碳路径的大军。目前，在航运脱碳选项中有7大主要技术路径，他们所发挥的作用不尽相同，能够降低二氧化碳排放的占比从0.5%到100%不等，其中碳捕集技术和替代燃料技术可获得的减排潜力最大，最高可达100%的减排效果。

其他5项技术的减排占比分别为：发动机技术，能够降低二氧化碳排放3%～8%；船舶设计，能够降低二氧化碳排放0.5%～10%；航程优化，能够降低二氧化碳排放0%～38%；动力辅助，能够降低二氧化碳排放0.5%～50%；可替代推进技术，能够降低二氧化碳排放0.5%～15%。虽然说后述的5项技术能不同程度降低船舶的碳排放，可能会一定程度上实现IMO的减排目标，但却无法完全消除温室气体排放。碳捕集技术理论上可以完全消除温室气体排放，也有在船舶开展试验性应用的例子，但却存在设备庞大、运行管理麻烦，以及捕集的二氧化碳船上存储占用船舶空间及载货能力的问题。从长期来看低碳、零碳替代燃料及能源才是船舶降低碳排放，直至消除碳排放的必由之路。

LNG的登场或许可被视为这场“替代燃料”革命的前奏，他作为最早的主流替代燃料率先出场，多年前就开始基础研究、示范应用以及商业化部署，目前已成为技术成熟度最完备的替代燃料。在Ricardo报告中，LNG现阶段作为船用燃料的技术成熟度(由低到高分为0～9级)为9，且生产、分销等路径在商业上十分成熟，全球基础设施还处在进一步扩大化中，超过40个欧洲沿海港口有LNG加注设施，预计到2025年，欧盟将会有超过100个加注设施，其他各地区的LNG加注设施也在相继建设中。2018年全球航运LNG消耗总量为1140万吨，是除重质燃料油(HFO)和船用柴油(MDO)之外，是航运领域消耗最多的燃料。

“满分”的技术成熟度、完善的商业运行模式，加上柴油生产方的深度加持，以及与传统燃料相近的价格，让全球第三大航运公司达飞集团不断战略性扩大其船队中LNG动力船的比例显得合情合理。虽然LNG也因其为化石燃料存在碳排放，同时还存在甲烷逃逸问题被称之为过渡燃料，不被一些业内人士看好，但是技术进步的魅力就在于你永远不知道他会“变出”什么戏法。比如，最新的高压狄塞尔(Diesel)循环发动机可以将甲烷逃逸降至很低，又或者生物LNG的出现，使化石燃料的LNG能顺利过渡至生物燃料，让未来的LNG动力船舶有了新的出路。

目前业界称之为LNG即用型燃料(drop-in fuel)，即以LNG为动力的船舶未来可以同时使用LNG即用型燃料。比如，液化生物甲烷燃料(生物LNG)和液化合成甲烷(LSM)，他们能够与LNG船兼容，且无需做出过大修改，达飞的集装箱船“Jacques saade” 轮已在船应用。所以，LNG到底在未来会不会成为终极替代燃料还待时日考证。但无论如何，LNG作为可替代燃料的“先行官”，已经走在了这个新时代的前沿。

低碳一族，率先“成熟”

在LNG燃料的探索日益成熟之际，也有几种低碳燃料快速发展起来，这主要是指LPG、甲醇和生物燃料。

LPG是天然气生产/提炼过程的副产品，已经在全球范围内供应，拥有很成熟的生产和供应路径。在Ricardo的报告中，LPG的技术成熟度为9，减排潜力为20%，需要辅以LPG/双燃料发动机，代表性解决方案有曼恩的ME-LGI双燃料发动机和瓦锡兰LPG燃料供应系统(LFSS)。LPG发动机的发展同样为氨燃料带来了新的发展潜力，因为用于LPG储罐和系统的材料大多数适用于氨。但是由于LPG是一种副产品，随着未来对化石燃料需求的减少，LPG也会减少。加之可再生能源的增加，未来LPG的供应也可能会受到限制。鉴于船舶燃料总体是向低碳型过渡，所以业界并不看好LPG作为替代燃料的可行性。

Ricardo报告显示，绿色甲醇在替代燃料中减排潜力排名第一，技术成熟度为7。这样看，绿色甲醇能够吸引全球顶级集装箱班轮公司马士基也实属“门当户对”。2021年2月，马士基通官宣将于2023年启用以甲醇为燃料的支线集装箱船舶，并以此为目标不断开展研发与合作；2022年3月，再次宣布与生产、研发等多家国际企业机构建立战略合作关系，旨在帮助马士基获取远超首批12艘新型集装箱船所需的绿色甲醇。这样的大战略和大布局也说明了马士基对绿色甲醇潜力的良好预期，以及绿色甲醇燃料未来的可行性。

据Ricardo的报告称，绿色甲醇碳减排潜力为95%，其生产和船舶存储技术都可获得，并与内燃机相兼容，目前双燃料甲醇-HFO发动机已经商业化。早前加拿大waterfront shipping company在现代尾浦订造的8艘49999载重吨甲醇双燃料动力船所配备的便是MAN第二代双燃料发动机。在设施方面，甲醇因拥有广泛的化学工业基础设施，以及港口在处理方面所积累的经验，均可以成为甲醇燃料脱颖而出的优势。未来，绿色甲醇将通过多途径获得，其中包括绿色合成、生物质气化，以及火炬气和垃圾填埋气等，冰岛的一家再生甲醇厂自2012年以来一直在提供工业规模的合成甲醇，已证明了前者的可行性。后两者则预计到2030年开始获得。目前的甲醇无论在生产技术、储运技术，还是与发动机的兼容性方面都较为成熟，需要在其安全性和未来绿色、蓝色甲醇的供应上进一步扩大化。

生物燃料(FAME和HVO)虽然目前没有被广泛应用于航运业，但世界上几家大的集装箱公司正在开发和试用生物燃料，并且这种趋势正在增长。在Ricardo的报告中，FAME和HVO被分别列出，FAME的减排潜力和技术成熟度为73%和9，HVO的减排潜力和技术成熟度为77%和9。生物燃料良好的碳减排效果也在现实中得到了验证，2021年12月美国干散货船东Eagle Bulk Shipping宣布，其旗下63529载重吨的“Sydney Eagle”号散货船在采用生物燃料后二氧化碳排放量减少了90%。韩国HMM也在同一时期内在韩国釜山港进行了生物燃料加注。BP和马士基也在同期完成了两艘成品油轮上使用生物燃料混合船用燃料的试验。

这样的速度和案例不仅说明了船东们敏锐的觉察力和行动力，同时他们也正在加速生物燃料的商业化进程。值得一提的是，生物燃料拥有一个技术优势，即成为即用型燃料不是问题，这意味着生物燃料可以单独用于传统发动机或与现有化石燃料混合使用，而无需对现有船队的发动机进行任何改造。

零碳燃料，主角儿登场

氨和氢虽没有LNG、绿色甲醇、LPG、生物燃料等低碳燃料在商业和技术方面的高成熟度，但却因其在后期使用上的“零排放”被认定为航运业脱碳中最有希望的燃料。或许因大家都清楚地看到把握住氢、氨技术或可成为决胜未来的关键所在，所以在起步阶段纷纷发力，大有赢在起跑线上的气势。

先从氨说起，Ricardo的报告指出，从全生命周期角度来看，不同路径生产的氨燃料减排效果各异，由天然气生产的灰氨减排潜力为零，结合碳捕集与封存技术生产的蓝氨的减排潜力为85%，技术成熟度为5，绿色可再生电解制氨的减排潜力为75%(如电力是100%可再生，那么其排放量为零)。目前，通过天然气生产氨的路径中有温室气体(GHG)排放，因此，需要配合CCS相结合生产出蓝氨。电解生产氨可以通过商业上成熟的设备得以实现，但由于可再生能源的电力成本，这些生产途径尚未得到广泛应用，高温电解制氨要到2030年或以后才能实现。

Ricardo的报告从三个方面阐述了氨的兼容性与技术。一是氨可以在改进的发动机中兼容，我们看到，当前欧洲发动机厂正在做此方面的努力，曼恩正在研制氨燃料低速机，旨在设计、开发大型船用二冲程氨发动机和相关燃料供应系统，计划在2024年前推出。瓦锡兰2020年启动氨燃料测试及氨储存和供应系统。在船型研发方面，上海船舶设计研究院在2019年推出了18万吨氨燃料散货船设计，2021年与RINA启动氨燃料船舶研发。大船集团在2019年推出氨燃料23000TEI集装箱船设计、江南造船在2021年推出氨燃料4万方中型液化船设计。日本邮船(NYK)联手日本造船联合(JMU)启动了氨燃料船舶的研发。三星重工也推出了氨燃料苏伊士型油船的研发等。

二是由于其气味问题，可能不会被选择作为客轮的燃料。

三是从长远看，有可能被用于燃料电池，这样甚至可消除氨燃料燃烧后的氮氧化物排放问题。属于欧盟ship FC项目的“Viking Energy”轮将在2024年成为世界上第一艘配备氨基燃料电池的船，届时该轮可以通过仅使用氨燃料电池，每年航行3000小时。但是目前尚缺乏燃料加注的基础设施，相关船级社、大学等正在进行氨加注的供应和安全挑战的研究。但有一点需要强调的是，虽然氨还未被用作海运燃料，但港口在处理氨货物方面已经有了相关经验，拥有装卸设施，制定处理这种物质的安全程序等。

Ricardo报告中还分别提到了灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢是通过化石燃料(如石油、天然气、煤)而生产的氢气。这种类型的氢气约占当今全球氢气产量的95%，碳排放量最高。蓝氢是在生产灰氢基础上，应用CCS技术捕集生产过程中产生的二氧化碳而生产的氢气；绿氢是通过光伏技术、风能以及太阳能等可再生能源所产生的电来电解水所制取的氢气，在制氢过程中将基本上不会产生GHG，所以又被称为“零碳氢气”。

从氢气的兼容性和技术方面来看，一是氢燃料在生产路径的商业化上已经成熟，但船上尚未大规模广泛应用,一些小型氢燃料示范船尚在启动中，如挪威海事局正在进行的HYBRIDships项目。二是氢气适用于发动机和燃料电池。瓦锡兰公司在2021年宣布将开发一种发动机和发电厂概念，到2025年将能够使用100%的氢气。曼恩正在开发的四冲程发动机概念。2021年日本川崎重工、洋马和J-Eng发动机企业共同成立新公司致力于二冲程的氢燃料发动机。挪威船东日前也获得了世界首艘零排放自卸氢燃料散货船的原则性认可证书。该船将由氢气提供动力，氢气压缩后供氢燃料主机使用。计划于2024年交付。

在基础设施方面，目前还没有氢燃料的基础设施，需要专用的基础设施。目前绿色氢还没有大规模生产，这里需注意的是氢气的供应取决于当前的发电系统能够支持从可再生能源中生产氢。但是一系列的“大动作”表明全球正在进行氢的供应与部署，如近期沙特阿拉伯的氢制氨生产厂宣称可以生产绿色氢，西班牙最大造船厂与能源公司计划投资近30亿美元“搭建”氢气产业链。并且据Ricardo的预计，随着时间的推移，氢生产工厂的资本成本会降低，这也将进一步降低氢燃料成本。但是，氢气单位体积能量密度低依旧是船舶应用的一个限制因素。

值得一提的是，由于生产零碳燃料涉及大量电力，考虑到绿氢和绿氨份额会不断扩大，随着技术的不断进步，零碳燃料的减排潜力也会随之增高，将来或能达到90%及以上。

电池，多元化的选择

电池在船上的发展让可替代能源的选择呈现出多元化的态势。但其由于成本等问题更多局限于某些船型、航线或领域。

在Ricardo的报告中，从全生命周期来看电池的碳排放高度聚集在电池的制造端，其技术成熟度被界定在4/5/6，减排潜力为66%。由电池作为动力的船用推进形式，可分为柴油-电力推进、混合推进或全电池动力推进。目前，全电池动力推进仅在短途航运或对于供电需求很小的小型船舶上有技术可行性，并且这种局限性未来很长一段时间内都不会消失。如果利用当前和预期的电池技术测算，提供远洋航行所需能量的电池重量或能够让船舶沉没，因此对于远洋航运，混合动力或者电池电力辅助动力的使用模式似乎更有可能得以实现。

2021年12月22日，日本船东Asahi Tanker建造的“Asahi”号是全球首艘零排放电力推进油船，其电力推进系统使用相当于100辆电动汽车所用的大容量锂离子电池作为船舶动力源，该船是新一代内航船，是此前“e5油船”概念船型的成品船。“Ellen”轮则是欧委会宣布的建造世界上第一艘全电动渡轮的“E-Ferry”项目的成果，该轮配备的4.3MWh电池系统是具有独特安全特性的高能G-NMC锂离子电池，是用于海事用途的最大容量电池组之一。

世界最大轮渡公司之一瑞典Stena Line旗下“Stena Jutlandica”轮是世界上第一艘风力载客渡船，船首配备了两台风力发电机，风力发电机安装在4米高的船首桅杆上，每年还可以节约燃油80～90吨，这相当于28个家庭一年加热的耗油量。动力电池的充电需要岸电，在2020年约58%的欧洲港口提供岸电，其中46%提供可供更大型船舶的高压电源。考虑到未来港口对清洁空气的要求，这一数字会继续上升。只是，电池成本是电力推进船舶的一大障碍，对于一艘远洋纯电池船来说，以现在的技术，仅电池成本就可能超过其他部分成本的总和。且除电池本身外，船上的大规模电池还需要电池控制硬软件，如系统集成、热管理和相应电子设备等，这些成本的总和可能也超过电池本身成本。

再来说燃料电池，为燃料电池提供能量的通常是氢气(也可为其他如天然气、甲醇和氨等)。特别值得注意的是，电池燃料的使用需要足够的培训和安全预防措施；燃料电池的组合尺寸、重量，以及相关支持系统和燃料储备要高于发动机；且其使用寿命比柴油发动机寿命短，尤其是在恶劣海洋环境中预期使用寿命可能会更短。一些技术问题未来可能会随着燃料电池的技术发展或有机会改变，但所涉及成本依旧是一个问题，成本是燃料电池使用推广中的主要障碍，并且在恶劣环境中的燃料电池的稳定性及规模化也都是将要面临的挑战。

总体来看，航运业可通过运营管理、采用节能措施及替代燃料技术等实现IMO所设定的2050年减排目标，但要真正实现航运业的零碳排放除运用新能源之外别无他法，必须要通过技术进步与技术创新来实现。相信随着能源生产相关技术的不断发展，替代燃料等配套技术会更加成熟、产量逐渐会满足需求，航运业会实现IMO的减排目标，最终实现零碳排放。