新能源制氢关键技术问题：可再生氢能航运去碳化的利器

小君 2023-01-13 10:05:43 715

新能源制氢关键技术问题：可再生氢能航运去碳化的利器编辑：Meister Xia可再生氢能——航运去碳化的利器作者：Anaïs Marechal

国际热议/海运减碳

可再生氢能——航运去碳化的利器

作者：Anaïs Marechal

编辑：Meister Xia

导读：

航运业的去碳化是一场刚刚开始的革命，通过技术措施去推动航运去碳化的作用十分有限，最终还是要通过清洁能源的转换来实现。目前，航运业在脱碳之路上不断地进行探索，试用多种低碳燃料，才有了如今的创新船舶设计思路和替代燃料使用。那么有哪些替代燃料适合为远洋航运供能？最理想的燃料是哪种？本期”海运减碳“系列二继续为您解答。

新能源制氢关键技术问题：可再生氢能航运去碳化的利器(1)

一览：

LNG能源转型存在一定缺陷，因为LNG仍属于化石燃料，且燃烧会排放甲烷，全球约80%的LNG提供给了甲烷排放率高达3%的船舶。
生物燃料并不适合航运业使用。航空业等其他行业需要第二代、第三代生物燃料才能实现去碳化。
若采取可再生能源比例更高的燃料组成，航运业可以削减三分之二的温室气体排放。氢能是代替化石燃料的最佳选择。
推广电制燃料，除了成本高昂，上下游行业的基建部署也存在挑战，可再生氢气的量产同样是个问题。

2012-2018年间，根据IMO的数据 [1]，液化天然气（LNG）和甲醇在货轮的燃料组合中的占比越来越高了，对此您有什么看法？

当前，化石燃料仍占航运业能源组合的99%。而由于新冠疫情扰乱了全球航运业，这几年的航运业温室气体排放量趋势也变得难以把握。尽管如此，LNG的使用率仍在上升。根据我们的估算，LNG已占2020年欧洲海运使用燃料的6%，且2030年可能会增加至25%。但这一转变并非好事——一方面，LNG属于化石燃料，另一方面，全球有80%的LNG提供给了甲烷排放率高达3%的船只，而甲烷是温室效应极强的气体。所以，从LNG的全生命周期来看，其碳足迹比传统燃料还要高 [2]。

马士基等大型航运公司正在开展甲醇燃料转型。虽然甲醇可以通过可再生氢气生产，但如今大部分甲醇的生产原料仍是化石燃料资源。因此，对于制造燃料的原材料，需要有更严格的监管。在欧盟成员国和欧洲议会层面，这一问题已被提上日程。

只要是可再生原料生产的，就一定是绿色燃料吗？

除了关注原材料来源之外，还应考虑燃料生产过程是否会引发原材料使用冲突。例如，生产生物燃料，应避免与粮食生产竞争资源，避免农业土地分配发生不利变化。只有以废料为原料生产的生物燃料才是真正“绿色”的。原材料的可获得性也是个重要的考量因素。航空业等其他行业需要第二代、第三代生物燃料才能切实地缩小碳足迹。根据我们的估算，到2050年，即使将百分百的农业废料转化为燃料，也仅能满足航空业10%的需求。我们并不认为生物燃料适合当前的航运业。

航运去碳化，最理想的燃料是哪种？

若采取可再生比例更高的燃料组成，航运业可以削减三分之二的温室气体排放 [3]，但必须考虑大型船只的能耗特点。对于小型内河船只，电能具有较好前景，且已得到应用。但如今的电池技术尚不足以为大型船只供能，只有由可再生原料生产的氢燃料才可满足其需求。

对于中短途航运，可以考虑直接在燃料电池或内燃机中使用氢气。但是长途航运所需的氢气体积较大，运载量受船内空间限制。所以对于长途运输，电制燃料是最好的选择，比如利用可再生氢合成的电制甲醇、电制氨。如果推广这些电制燃料的使用，可以将航运业的温室气体排放量减少70%以上，使用电制氨甚至可以实现100%减排。

何为电制燃料？

电制燃料指所有由氢制成的燃料，一般以液体形式存在，供船舶使用。除了氢气单质之外，由绿色氢气和氮气合成的电制氨气，以及绿色氢气和二氧化碳合成的电制甲醇、电制甲烷、电制柴油都属于电制燃料。电解水得到的氢气，与二氧化碳在热催化反应器里结合，便能产生上述绿色燃料。二氧化碳原料可以从大气中捕获，或者从农业废料、生活垃圾等生物来源获得，但若从化石来源获得，则碳足迹会明显增加，生产出来的燃料全生命周期总碳排放甚至高于传统燃料。

电制燃料最主要的瓶颈就是成本。可再生氢燃料都价格不菲。即使是最廉价的电制氨也比生物燃料贵四倍 [4]。虽然未来随着使用推广，会产生规模经济效应，但价格依旧会比传统燃油高。

现有的合成燃料，可以给货轮加注使用吗？

相关的技术已经成熟了，但技术的侧重点在于船舶的更新换代，用新的设计和使用电制燃料的发动机提高能效。欧洲现役的船舶中，有三分之一即将到达使用年限的终点，所以船舶更新技术具有重大意义。世界上首个氨能发动机预计将于2024年问世，由德国企业曼恩能源方案研发。与此同时，瓦锡兰集团正在开发氨-甲醇发动机。亚洲的一些造船厂称，其生产的第一批氨能船舶将于2025年投入使用。

推广电制燃料，除了成本高昂，上下游行业的基建部署也存在挑战。丹麦和挪威启动了一系列项目，生产、使用可再生电制甲醇、绿色氢气、电制氨，但仍面临氢气产量不足的问题。因为乌克兰危机的爆发，欧盟不得不提高其氢气产量目标，力争2030年前氢气总产量达到2000万吨。此外，现有的基础设施难以改装为氢气存储加注设施，故需要开发新的基建。以氨为例，氨气具有毒性和腐蚀性，需要专门的储存条件。相比之下，电制柴油可以兼容现有的船只和设施，但成本比绿色氢气还要高，所以无法大规模推广。

当前的立法为LNG设施的建设提供了不少支持，但我们认为更应该支持氢气和氨气加注设施的部署，并制定船舶绿色燃料使用量的最低标准。

Anaïs Marechal

参考资料：

1. Organisation maritime internationale Fourth IMO GHG Study 2020 2021.

2. Transport & Environment 2022 FuelEU Maritime : T&E analysis and recommandations. How to drive the uptake of sustainable fuels in shipping

3. Transport & Environment 2021 Decarbonising European Shipping. Technological operational and legislative roadmap

4. T&E based on cost assumptions of Ricardo EAE and UMAS-LR

新能源制氢关键技术问题：可再生氢能航运去碳化的利器(2)