故事

航运业如何实现绿色航运?

发帖 2021年12月23日Lucie Maluck, 图片拍摄者 罗尔斯-罗伊斯动力系统公司

由Power-to-X技术生产的绿色燃料将在航运界掀起绿色能源革命。
海事行业希望也需要变得更加绿色环保。这不仅仅是《巴黎气候协定》的努力方向,也是众多航运公司、船厂经营者和船长的明确愿望。但是,要达成这一目标,必须经历哪些环节?

罗尔斯-罗伊斯动力系统技术管理与监管事务总监Daniel Chatterjee博士强调:“绿色航运的关键推动因素是燃料。” 绿色氢气(e-hydrogen)、绿色甲烷(e-methane)、绿色甲醇(e-methanol)、绿色柴油(e-diesel)或绿色氨气(e-ammonia)等绿色合成燃料(e-fuel)产自可再生能源并经过后续工艺提炼而成,可以以“气候中和”方式转化为推进动力。

寻找合适的Power-to-X燃料

近年来,罗尔斯-罗伊斯专家团队一直与客户和行业伙伴携手合作,研究从燃料基础设施、其建造成本、船舶续航能力到推进系统及其在船舶中的整合的整个燃料系统。目标是确定完美的船用燃料。专家们预计,2035年之前,世界上一半以上的渡船和拖船将不再由传统的柴油发动机驱动。

所有的e-fuel绿色燃料有一个共同点:它们的能量密度远低于传统柴油。换言之,无论哪种情况,燃料箱所需的重量和空间都会增加,但每种类型的增加程度不尽相同。更简单地说,通过Power-to-X生产的氢气加工量越大,且加工用燃料越接近于传统柴油,随之产生的能量密度就越高。然而,甲醇、二甲醚(DME)和聚甲醛二甲醚(OME)等这些燃料在燃烧时并非“零排放”。

“我们想让甲醇成为标准”

罗尔斯-罗伊斯专家认为,目前甲醇最有可能成为未来使用的船舶燃料。因此,他们已经着手开发一种经甲醇燃烧优化的高速、四冲程发动机。罗尔斯-罗伊斯动力系统全球海事副总裁Denise Kurtulus表示:“我们希望成为该领域的先锋,以甲醇发动机树立新标准。毕竟,我们的客户需要确定性规划,我们迫切需要与他们合作,打造具体的解决方案,以实现气候目标。”

甲醇的优势在于,与其他可持续燃料相比,它的能量密度更高,而且其液态形式易于在环境温度下储存和补给燃料——实际上,在许多情况下可以继续利用现有的基础设施。与氨不同,甲醇对环境无害,也不产生剧毒。实践证明,甲醇的燃烧具有气候中和性,可大幅减少氮氧化物排放,从而无需进行复杂的选择性催化还原(SCR)废气后处理。在船上,甲醇罐可以灵活地融入船舶设计中,且安全要求明显低于氢或氨。除安全因素之外,甲醇罐系统更为简单,所需投资成本较低。

甲醇也适用于燃料电池

甲醇的另一优势是,它不仅可用于柴油机和火花点火式内燃机,还能与零排放的燃料电池一起使用:在重整器的作用下,氢气从甲醇中制取,然后用于燃料电池来产生电力。这是一种极具吸引力的船用方案,因为氢气罐会占用更多的空间,而空间对于任何船舶都是一种“稀有品”(在一些船舶上根本就没有)。  

氢气推进——当续航能力不是问题时

即便如此,罗尔斯-罗伊斯动力系统开发人员也在着眼于其他方案,目前正在研究用于渡船和拖船的氢内燃机,因为这些船舶往往用于短程、明确的航线。它们能够频繁地补给燃料,亦可在停靠港加注此类燃料。

续航能力是一个重要考虑因素,特别是对于经常远航异国他乡的游艇,当地可能并不总是有氢气或甲醇等新型燃料。正因如此,柴油及其同族净零排放绿色柴油仍是重要的选择。柴油将继续可在大多数港口获取,并具有远高于氢气的能量密度。绿色柴油也可用于当下使用的发动机。

绿色氨气也是作为船用燃料的一种良好选择,但出于安全考虑,罗尔斯-罗伊斯专家预测它目前尚无法用于沿海航运,即渡船、拖船或游艇。

“我们需要承诺在三到五年后找到正确的方向。”

Chatterjee表示:“虽然我们现在将注意力集中在甲醇上,但我们仍然对其他技术持开放态度,也在关注其他燃料。”尽管如此,他还是深信不疑,“我们需要承诺最迟在三到五年后找到正确的方向,以实现我们的首要目标,即在2050年之前实现航运业的气候中和。”


然而,这个目标似乎仍然遥不可及。一项简单的计算表明,航运业现在就必须开始为此做准备。船舶的使用寿命可长达40年。如果整个航运业要在2050年实现气候中和,届时服役的船舶就必须在今天予以规划。任何在2030年投入使用的船舶必须具有气候中和型推进力。如果一艘船要在2027年建造(假设建造期为三年),就必须在这之前的几年里做出关于推进系统,以及燃料的决定。

采用混合系统的船舶结构

但关键点不仅仅只有燃料选择:推进系统的结构也在日益变化。仅由内燃机提供动力的船舶正逐渐减少。内燃机正越来越多地被整合入混合动力系统,由电池为电动马达提供动力,而发动机只在电池电源不再可用时发挥作用。Kurtulus表示:“我们的重点是涉及混合系统的船舶架构,能够使用内燃机和燃料电池。内燃机仍然由柴油驱动,但从中期来看,它们将以甲醇为燃料。”

呼吁政治支持

罗尔斯-罗伊斯研究表明,对绿色燃料的巨大需求——每年20,000太瓦时的能量,相当于约两万亿升——在2030年之前无法得到满足。这项技术的可用性不容置疑,但还未形成工业规模。Chatterjee敦促道:“推进这项工作并为这些燃料找到市场创建框架,需要政府的大力支持。”

  

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