绿色转型迫在眉睫，船用替代燃料路在何方？

张晶/招商局工业集团有限公司

潘越 郭歆 /招商局邮轮研究院（上海）有限公司

2022年已经过去，对于航运业而言，2023年面临着前所未有的重大挑战：IMO减排短期措施，即EEXI和CII法规于2023年1月1日起正式生效，冲击几何即将揭晓；在7月份召开的MEPC 80会议上，经修订后的IMO的中长期减排战略也将最终敲定，“碳减半”的目标是否会“大跃进”到“零碳”届时也将尘埃落定。航运绿色化转型已经箭在弦上，脱碳路线却仍然迷雾重重、争议不断，业界仍在苦苦探索：船用替代燃料究竟路在何方？

生物燃料将扮演何种角色

生物燃料中的碳元素本身就来自于大气，因此是国际公认的“碳中和”燃料。实船验证表明，在常规燃料中按比例掺入生物燃料能够在不改变现有主机规格的情况下显著降低碳排放，而在未来诸如生物柴油（Bio-MGO）的规模化生产和应用有望实现无需对船舶进行任何改造下的零碳排放，理论上似乎是航运脱碳的完美选择。燃料价格方面，DNV《能源转型展望2022》（以下简称DNV报告）和马士基零碳航运中心《行业转型战略2021》（以下简称MMC报告）中的预测模型均认为，一直到2050年之前，生物燃料相比另一种热门的绿色替代燃料——电制燃料（e-fuel）普遍都要更具价格竞争力（见图1、图2）。

图1 不同替代燃料的未来价格预测（来源：MMC）

图2 不同替代燃料的未来价格预测（来源：DNV、招商工业产研中心）

生物燃料的最大瓶颈在于生物质原材料的总量有限，不足以支撑航运业的大规模应用（见图3）。此外，航运业还将面临来自交通运输行业的其他领域，尤其是航空业对生物燃料的争夺竞争，由于空间受限其对燃料的体积密度比更加敏感，无法接受其他低密度替代燃料进而愿意为生物燃料承担更多的绿色溢价，这将进一步缩减航运业对生物燃料的可得性（见图4）。

图3 生物燃料在海事领域的需求与供给预测（来源：MMC）

图4 生物燃料在交通领域的使用量预测（来源：IEA & DNV）

尽管如此，对生物燃料的探索和应用仍将贯穿航运业绿色转型的整个进程，它既是传统化石燃料逐步退出历史舞台的完美替代品（生物柴油、生物甲烷等），也是新型替代燃料加速崛起和推广应用的排头兵（生物甲醇等），在电制燃料取得价格优势之前，生物燃料都将是航运业通往零碳的第一选项。

LNG的主导地位还能延续多久

鉴于零碳燃料尚不具备大规模应用条件，已经先后出色地应对了EEDI法规、硫排放和氮排放法规的液化天然气（LNG）燃料被大多数船东视为脱碳过渡期的首选，目前全球手持订单中，LNG燃料动力船舶按吨位占比已经超过38%，在替代燃料中占据绝对主导地位。DNV报告和ABS《零碳展望2022》（以下简称ABS报告）中的预测模型均认为，船舶LNG燃料动力的应用高峰期有望延续至2030—2035年的区间（见图5、图6）。

图5 LNG燃料动力的市场份额走势预测（来源：DNV）

图6 不同船用燃料的市场份额变化走势预测（来源：ABS）

有观点认为，绿色甲烷（包括生物甲烷和电制甲烷）未来有望接替化石LNG，继续主导船舶替代燃料的应用，目前争议的焦点在于甲烷逃逸的影响。国际清洁交通委员会（ICCT）的最新研究报告指出，以燃料的全生命周期衡量，由于上下游的甲烷逃逸存在，即便使用100%可再生甲烷，到2030年航运业造成的温室气体20年周期效应相比2019年全部使用化石LNG还要高出6%（见图7），仅凭船舶主机和储罐的下游甲烷逃逸控制技术进步仍然是杯水车薪。

图7 船用LNG燃料全生命周期碳当量排放预估（来源：ICCT）

日前备受瞩目的北溪管道爆炸引发的史上最严重的甲烷泄露事故加剧了各界对于甲烷燃料环保可控性的担忧，从日益严苛的环保法规趋势来看，甲烷燃料未来的发展预期走弱，预计2030年前后，LNG燃料动力将从增量市场转入存量市场，届时逐步引入绿色甲烷和船载碳捕集系统或将成为存量LNG动力船舶进一步脱碳的优先选项。

氨与氢燃料能否成为零碳终极之选

不同于其他的“碳中和”替代燃料，氨/氢燃料本身不含碳元素，不产生二氧化碳排放，因此被视为真正意义上的终极零碳燃料，从中远期来看，其应用前景被业界广泛看好。ABS报告的预测模型显示，氨燃料有望在2030年开始规模化应用，到2050年成为航运业第一大燃料（见图6）；MMC报告的预测模型同样认为，引入碳机制后，绿氨（电解氢合成氨）将在2050年占据船用燃料的半壁江山（见图8），而若届时可再生能源制氢仍不具备足够的经济性，蓝氨（通过源头碳捕捉技术消除化石燃料制氢的碳排放）则将取代部分绿氨的市场份额（见图9），氨燃料的整体领先地位依然稳固。

图8 理想情境下船舶替代燃料的构成及走势预测（来源：MMC）

图9 可再生电力价格较高时船舶替代燃料的构成及走势预测（来源：MMC）

然而就现阶段而言，氨燃料仍然面临着极高的未知风险和挑战：氨作为燃料使用没有任何历史经验可以借鉴，而二冲程和四冲程的船用发动机至今尚未面世，其实际燃烧特性和运行效率能否满足船舶商用需求仍待观察（见图10）；氨燃料的毒性令人担忧，一旦泄露不仅严重危及船员和乘客生命安全，也将对海洋生态系统造成不可逆的重大损害，因此现有的国际法规和监管框架尚未明确支持氨燃料的应用，对其环境可持续性的评估是否会影响立法的走势仍充满变数；此外，尽管氨作为化肥和化工品原料的全球分销系统已经成熟，但现有的运输和供应网络主要服务于工业生产和储存节点，其港口设施并非为船舶燃料加注而准备，安全风险和资金需求双重压力下的全球氨燃料加注网络建设能否及时跟上目前仍要打上一个问号。

图10 不同船用燃料的技术与法规成熟度及发展趋势（来源：DNV）

而氢燃料由于体积能量比过低，严重限制了其在远洋船队中的应用前景，未来除非储氢技术，尤其是固态储氢技术取得革命性突破，氢燃料在船用领域仍将长期陪跑；另一方面，利用液氨或甲醇作为储氢载体，结合在线重整制氢技术发展船用氢燃料电池正在成为一条另辟蹊径的技术路线，为氢燃料在船用领域的规模化应用提供了新的可能。

甲醇燃料为何能够崭露头角

甲醇作为替代燃料的最大优势在于其常温常压下即为液态，无需低温或高压处理，因此相比LNG、氨和氢燃料更易储运和加注，在船上的存储和使用也非常接近常规燃料的模式。与氨燃料不同，甲醇作为内燃机燃料应用已有近50年的历史，目前船用甲醇发动机、船用甲醇燃料供应系统已有较多的实船应用经验，技术风险和安全风险可控，同时MAN和瓦锡兰的数据显示，相比于LNG动力船舶，甲醇动力船舶的新造船成本和改装成本都要明显更低（图11），竞争力十足。

图11 三种动力新造船造价对比（来源：MAN、招商工业产研中心）

此外，尽管甲醇的体积密度比与液氨相当，显著低于LNG燃料，但知名的清洁能源投资研究机构Longspur的研究报告表明，在综合考虑燃料储存所需的制冷或加压设备后，甲醇燃料整体系统的单位体积能量比要显著高于液氢和液氨系统，并略高于LNG系统（图12），装载经济性再度凸显。作为全球最主要的大宗化学品之一，甲醇的供应链体系十分成熟，目前全球已有超过120个港口可以为船舶提供甲醇加注服务，其中部分港口的供应价格还要低于LNG和生物燃料，加上未来生物甲醇和电制甲醇等“碳中和”绿色甲醇燃料的发展做背书，甲醇燃料的船用前景一下变得明朗起来。

图12 不同燃料船用系统总体积能量密度对比（来源：L on g sp u r、招商工业产研中心）

LR《零碳燃料监测2022》（以下简称LR报告）研究显示，甲醇燃料的研发和应用在过去的半年里取得了全面进展，无论是技术成熟度、 燃料的投资规模(经济性)还是安全与可持续性都有明显提升（图13），大有脱颖而出之势。马士基坚定地走在甲醇路线的最前沿，截至目前一共订造了多达19艘甲醇动力集装箱船，并积极参与绿色甲醇供应链的布局，其引领和带动作用也十分明显，曾经坚定的LNG路线拥护者达飞在今年8月首次下单订造了6艘甲醇动力集装箱船，并宣布将甲醇和LNG共同作为其脱碳战略的核心部分，此外，ONE、EPS、PIL、招商轮船、中远海运、诺唯真等领先的航运公司也纷纷以实际行动表现出对甲醇燃料的浓厚兴趣。展望未来，一旦氨燃料、尤其是绿氨燃料的发展进程不及预期，甲醇燃料有望在船舶替代燃料之争中率先突出重围。

图13 2022年以来零碳/碳中和燃料船用可行性的提升度一览表（来源：LR）

航运脱碳之路未来该如何走

可以肯定的是，航运业的脱碳将是一个螺旋式前进的过程，船用替代燃料的争论并不是一道非黑即白的单选题，不同类型的替代燃料将在脱碳进程的不同阶段、不同场景、不同细分领域中发挥各自的作用，而最终零碳目标的实现也需要所有利益相关方全方面、长期性的共同协作和努力。

MMC报告认为，决定航运脱碳走势的五大核心驱动因素包括政策指引和法规监管、船舶能效技术的提升、零碳燃料的价格与可持续供应能力、航运客户的脱碳需求和绿色溢价的支付意愿、以及绿色金融的资金扶持力度。报告强调，公平、统一的政策环境（如碳定价机制）以及对绿色转型先行者的支持至关重要。

LR报告则从提升技术、刺激投资、确保可持续性三个方面阐述了航运脱碳的优先关注事项：技术方面，可再生能源电解制氢、碳捕捉（包括直接空气捕捉和点源捕捉）、零碳燃料的储运和加注（尤其是船对船加注）亟需突破；投资方面，零碳燃料的价格激励机制、绿色走廊的建立和壮大以及零碳船队的规模扩张亟待进展；可持续方面，碳来源和碳去向的评定以及全生命周期内替代燃料对环境、社会、经济的影响评估亟盼落实。

应当认识到，在全球致力气候中和的时代浪潮之下，“躺平”没有出路，航运业脱碳不能选择被动地等待某种替代燃料的胜出，现阶段一方面要持续专注于船舶端能效技术的提升，为自身的零碳转型争取更长的窗口期；另一方面也要积极主动地深度融入到替代燃料全球供应链体系的建设当中，以先行者的姿态谋篇布局，才能在这场百年未有的绿色转型大变局之中牢牢把握住自身的命运。