航運減碳新規(guī)將至，能源界和船運業(yè)如何應對

 

燃料替代是航運業(yè)實現(xiàn)長期減碳目標的關鍵策略之一，具有更大的減排潛力。為了達到IMO設定的2040年減排目標，至少占全球三分之一噸位的船舶需要使用可替代燃料。與汽車行業(yè)的討論主要集中在電動和氫能兩種選擇不同，在海運行業(yè)中，尚無明確跡象表明哪種燃料將成為“最終選擇”，因為每種解決方案都有一連串的優(yōu)缺點清單。

 

即便如此，向輕質燃料過渡技術轉型已在進行當中，廣泛采用的替代燃料是液化天然氣（LNG）、電池/混合動力、LPG、綠色甲醇和綠氨，以及利用這些清潔方案的雙燃料驅動船型。根據(jù)DNV船級社的統(tǒng)計，全球新的船舶噸位訂單（ordered tonnage）當中，有一半是可使用LNG、LPG或甲醇的雙燃料發(fā)動機，其中LNG和甲醇各占比35.8%和9.7%（數(shù)據(jù)來源：DNV-Maritime Forecast to 2050）。

 

在近期和中期，預計LNG將成為替代市場的主流，電動船舶在較小的特定船型和場景中具備廣泛前景，甲醇燃料以及綠氨燃料動力船舶則在未來有望占據(jù)主導地位。根據(jù)國際氣體燃料船協(xié)會（SGMF）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2023年11月，全球已有426艘LNG動力船投入營運，536艘在建。從全生命周期角度看，相比于傳統(tǒng)船用燃油，燃燒化石天然氣可減排25%，生物質天然氣可減排約66%；硫氧化物和氮氧化物的排放也大大降低。

 

LNG作為2030年前的過渡燃料正在廣泛應用，但其長期減碳效果有限；且甲烷本身也是主要的溫室氣體之一，需有效解決運輸和燃放過程中的泄漏問題。在長期減排目標的指引下，天然氣燃料需要從化石能源開采向生物質合成等綠色制備路徑轉型。

 

綠氫和船用綠色甲醇的發(fā)展密不可分。綠色氫氣是一種多用途的能源載體，可以應用于多個行業(yè)的脫碳?？梢灾苯邮褂茫部梢酝ㄟ^其衍生物，如電制甲醇（e-methanol）、電制氨或電制合成燃料（e-fuel），來替代煤炭和天然氣等化石燃料。

 

通過電解水制氫，再將氫氣與二氧化碳合成電制甲醇，可用于替代傳統(tǒng)的重油和柴油。相比傳統(tǒng)燃料，綠色甲醇的碳排放顯著減少，并具有良好的儲氫性能。甲醇的體積能量密度是700巴壓縮氫氣的四倍，是液態(tài)氫的兩倍。因此，無需應對低溫和高壓引起的能量損失或安全隱患，在空間、時間、成本和能量的維度都能實現(xiàn)節(jié)省。此外，甲醇在常溫下的物理特性與柴油非常相似，易于處理，運營商可以使用現(xiàn)有的燃料基礎設施。截至2024年初，全球已建/在建甲醇動力船舶數(shù)量已達269艘，涵蓋散貨船、集裝箱船和化學品船等多種船型。

 

當前，基于可再生碳源、生物質、可再生電力等的綠色甲醇產(chǎn)能相對匱乏，生產(chǎn)商主要通過煤和天然氣等制備“灰色甲醇”。若全球范圍內規(guī)劃的80多個項目全部投產(chǎn)，2027年全球綠色甲醇產(chǎn)能可達800萬噸/年。在全生命周期溫室氣體排放框架下，綠色甲醇可減排63%-99%，能夠實現(xiàn)船舶中長期減排目標，將成為航運業(yè)未來深度減排的重要替代燃料之一。

 

在丹麥南部，另外還有一座已建成的一座50兆瓦級電解水制氫工廠，其利用附近建設的300兆瓦太陽能園區(qū)將為該項目提供低成本的可再生電力，其生產(chǎn)的氫氣將用于全球大型商業(yè)電制甲醇（e-Methanol）生產(chǎn)工廠。西門子能源負責電解水制氫系統(tǒng)的設計、供貨和調試，該系統(tǒng)包括三套大功率質子交換膜（PEM）電解水制氫設備。電制甲醇的最終用戶將是航運公司馬士基和燃料零售商Circle K等，將保障馬士基第一艘電制甲醇動力集裝箱運輸船的燃料供應，為航運業(yè)的大規(guī)模碳中和奠定基礎。

 

盡管在碳中和的發(fā)展趨勢之下，綠色電力將占終端用電需求的絕大多數(shù)，但是還有一部分的能源需求無法完全直接使用電能替代，譬如對能源密度的要求更高，或是對于化學能和熱能需求。

 

全球每年約有7000萬-9000萬噸氫氣用量，這些絕大部分都是基于煤炭、天然氣等化石能源生產(chǎn)的灰氫，應用于工業(yè)和社會各個領域。未來在能源替代的大背景中，氫氣的用量不僅會進一步增加，還需要綠色的制備供應來源。電網(wǎng)中富余的可再生電力用于制氫，再通過液氫、綠氨和綠色甲醇等方式存儲起來。

 

綠氨和生物燃料也是業(yè)界關注度較高的兩個替代能源路線。綠氨是一種無碳燃料，通過可再生能源生產(chǎn)氫氣，再與氮氣合成氨。然而，目前合成氨幾乎全部由化石能源生產(chǎn)，主要原料包括天然氣、煤（或焦炭）和重質油等。根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，2022年全球氨產(chǎn)量約為1.83億噸/年，其中可再生能源生產(chǎn)的綠氨不足2萬噸/年。在IMO全生命周期溫室氣體排放核算規(guī)則的約束下，綠氨生產(chǎn)和供應成為行業(yè)關注的重點。

 

生物燃料通過有機物質制成，作為石油基柴油的可再生替代品。以B24船用生物燃料油為例，由24%的生物柴油和76%的低硫燃料油進行物理調和而成，可以減少約20.4%的碳排放。盡管生物燃料具有一定的減排效果，其在燃燒過程中仍有二氧化碳排放，優(yōu)勢在于不需要對現(xiàn)有船用柴油機改裝也能使用。

 

挑戰(zhàn)與未來

 

在中國，作為綠色零碳燃料的主要來源，可再生能源發(fā)展迅速。截至2024年3月，全國可再生能源裝機容量達到15.85億千瓦，約占全國總裝機容量的52.9%。綠色燃料項目規(guī)劃亦迎來了爆發(fā)式增長。截至2024年6月，已規(guī)劃109個綠色甲醇項目，累計產(chǎn)能達5037.36萬噸/年，這為推動“綠色航運”提供了堅實的基礎條件。然而這些項目真正開工、具備商業(yè)邏輯且鎖定買家的卻很少。一條在新興領域的賽道是否能夠成立，歸根結底還是要看技術邏輯和商業(yè)邏輯；在目前的國際形勢下，還要考慮地緣政治邏輯。而在起步階段如何創(chuàng)造和拉動需求，是行業(yè)爆發(fā)式增長之前已被反復驗證的關鍵點——正如光伏發(fā)電、風電、鋰電池電動車等領域曾經(jīng)歷過的一樣。

 

盡管過去十幾年全球航運在船舶大型化、技術水平、清潔能源研發(fā)、運輸組織效率等方面都得到巨大提升，但從航運業(yè)減碳、綠色發(fā)展的新要求看，仍存在一些問題與挑戰(zhàn)。

 

首先，基于非化石能源的可持續(xù)燃料成本較高。目前，雖然技術進步使氫、氨、甲醇和液化天然氣等替代燃料成為減碳的關注點，但其成本遠高于傳統(tǒng)化石燃料。尤其是氫、氨和甲醇的綠色生產(chǎn)方式（即綠氫、綠氨和綠甲醇）仍處于探索和初期階段，尚未實現(xiàn)規(guī)?；?，導致無法顯著降低成本?？沙掷m(xù)燃料的價格上漲可能使船舶的建造和運營成本增加超過50%，這對整個航運業(yè)構成了巨大的經(jīng)濟壓力。

 

其次，全球航運行業(yè)的減排標準尚未統(tǒng)一。各國在減排政策上的差異導致航運公司難以在國際范圍內協(xié)調一致的行動。此外，航運業(yè)涉及多方利益相關者，如港口、航運公司和供應鏈，因此，船舶排放責任的劃分和管理體系十分復雜。航運公司不僅要面對不同類型和規(guī)模的船舶，還需要處理投資周期較長的現(xiàn)實問題。而單一的替代燃料方案難以應對航運業(yè)巨大的燃料需求，全球港口和航運樞紐大多缺乏相關燃料的加注設施，尤其是遠洋航運的燃料供應基礎設施尚未形成統(tǒng)一的全球網(wǎng)絡。

 

此外，存量船舶的數(shù)量龐大，且迭代周期長、改造成本高。全球現(xiàn)有的船舶使用周期通?？蛇_30年以上，短期內實現(xiàn)大規(guī)模的船舶替換或改造所需的投資非常高昂。此外，由于替代燃料和技術路線存在不確定性，船東在投資決策上面臨風險，可能導致投資延遲和進展緩慢。

 

展望未來，航運業(yè)減碳的前景將依賴于技術進步、政策協(xié)同和國際合作。通過促進可持續(xù)燃料生產(chǎn)的規(guī)模化和成本下降，以及加快全球燃料基礎設施網(wǎng)絡的建設，航運業(yè)有望逐步克服現(xiàn)有的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)綠色轉型。

 

應對全球航運行業(yè)轉型痛點，為打通綠色航運燃料的上下游產(chǎn)業(yè)鏈構建交流與合作的平臺，西門子能源與馬士基將于2024年12月17日至18日在海南聯(lián)合舉辦“2024全球綠色航運大會”。大會的支持單位包括海南國際經(jīng)濟發(fā)展局、馬士基·麥克-凱尼·穆勒零碳航運中心、中國能源建設股份有限公司，中國遠洋海運集團有限公司，申能（集團）有限公司，隆基綠能科技股份有限公司，以及畢馬威企業(yè)咨詢（中國）有限公司。會議以“邁向零碳未來—創(chuàng)新與合作推動綠色航運”為主題，包括氫、氨、醇等在內的綠色燃料生產(chǎn)商和航運界生態(tài)圈同仁共聚探討行業(yè)前景。

 

大會的專題研討環(huán)節(jié)將涵蓋政策法規(guī)、綠色燃料廠商和基礎設施、以航運企業(yè)為代表的需求端視角、國際綠色認證與碳足跡市場、綠色燃料全產(chǎn)業(yè)鏈綠色金融的轉型與機遇、政用產(chǎn)學研協(xié)同合作等熱點議題。致力于通過在技術、政策和市場機制等領域的交流與探討，助力提升全球航運企業(yè)的綠色競爭力，推動綠色航運產(chǎn)品和服務的市場化。從燃料生產(chǎn)、供應鏈管理到船舶運營的全價值鏈協(xié)同發(fā)展，促進綠色燃料的廣泛應用和能源效率的提升，從而助力建立中國航運業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)。