張晶/招商局工業(yè)集團(tuán)有限公司

潘越 郭歆 /招商局郵輪研究院（上海）有限公司

2022年已經(jīng)過去，對于航運業(yè)而言，2023年面臨著前所未有的重大挑戰(zhàn)：IMO減排短期措施，即EEXI和CII法規(guī)于2023年1月1日起正式生效，沖擊幾何即將揭曉；在7月份召開的MEPC 80會議上，經(jīng)修訂后的IMO的中長期減排戰(zhàn)略也將最終敲定，“碳減半”的目標(biāo)是否會“大躍進(jìn)”到“零碳”屆時也將塵埃落定。航運綠色化轉(zhuǎn)型已經(jīng)箭在弦上，脫碳路線卻仍然迷霧重重、爭議不斷，業(yè)界仍在苦苦探索：船用替代燃料究竟路在何方？

生物燃料將扮演何種角色

生物燃料中的碳元素本身就來自于大氣，因此是國際公認(rèn)的“碳中和”燃料。實船驗證表明，在常規(guī)燃料中按比例摻入生物燃料能夠在不改變現(xiàn)有主機(jī)規(guī)格的情況下顯著降低碳排放，而在未來諸如生物柴油（Bio-MGO）的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用有望實現(xiàn)無需對船舶進(jìn)行任何改造下的零碳排放，理論上似乎是航運脫碳的完美選擇。燃料價格方面，DNV《能源轉(zhuǎn)型展望2022》（以下簡稱DNV報告）和馬士基零碳航運中心《行業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略2021》（以下簡稱MMC報告）中的預(yù)測模型均認(rèn)為，一直到2050年之前，生物燃料相比另一種熱門的綠色替代燃料——電制燃料（e-fuel）普遍都要更具價格競爭力（見圖1、圖2）。

圖1 不同替代燃料的未來價格預(yù)測（來源：MMC）

圖2 不同替代燃料的未來價格預(yù)測（來源：DNV、招商工業(yè)產(chǎn)研中心）

生物燃料的最大瓶頸在于生物質(zhì)原材料的總量有限，不足以支撐航運業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用（見圖3）。此外，航運業(yè)還將面臨來自交通運輸行業(yè)的其他領(lǐng)域，尤其是航空業(yè)對生物燃料的爭奪競爭，由于空間受限其對燃料的體積密度比更加敏感，無法接受其他低密度替代燃料進(jìn)而愿意為生物燃料承擔(dān)更多的綠色溢價，這將進(jìn)一步縮減航運業(yè)對生物燃料的可得性（見圖4）。

圖3 生物燃料在海事領(lǐng)域的需求與供給預(yù)測（來源：MMC）

圖4 生物燃料在交通領(lǐng)域的使用量預(yù)測（來源：IEA & DNV）

盡管如此，對生物燃料的探索和應(yīng)用仍將貫穿航運業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的整個進(jìn)程，它既是傳統(tǒng)化石燃料逐步退出歷史舞臺的完美替代品（生物柴油、生物甲烷等），也是新型替代燃料加速崛起和推廣應(yīng)用的排頭兵（生物甲醇等），在電制燃料取得價格優(yōu)勢之前，生物燃料都將是航運業(yè)通往零碳的第一選項。

LNG的主導(dǎo)地位還能延續(xù)多久

鑒于零碳燃料尚不具備大規(guī)模應(yīng)用條件，已經(jīng)先后出色地應(yīng)對了EEDI法規(guī)、硫排放和氮排放法規(guī)的液化天然氣（LNG）燃料被大多數(shù)船東視為脫碳過渡期的首選，目前全球手持訂單中，LNG燃料動力船舶按噸位占比已經(jīng)超過38%，在替代燃料中占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。DNV報告和ABS《零碳展望2022》（以下簡稱ABS報告）中的預(yù)測模型均認(rèn)為，船舶LNG燃料動力的應(yīng)用高峰期有望延續(xù)至2030—2035年的區(qū)間（見圖5、圖6）。

圖5 LNG燃料動力的市場份額走勢預(yù)測（來源：DNV）

圖6 不同船用燃料的市場份額變化走勢預(yù)測（來源：ABS）

有觀點認(rèn)為，綠色甲烷（包括生物甲烷和電制甲烷）未來有望接替化石LNG，繼續(xù)主導(dǎo)船舶替代燃料的應(yīng)用，目前爭議的焦點在于甲烷逃逸的影響。國際清潔交通委員會（ICCT）的最新研究報告指出，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年航運業(yè)造成的溫室氣體20年周期效應(yīng)相比2019年全部使用化石LNG還要高出6%（見圖7），僅憑船舶主機(jī)和儲罐的下游甲烷逃逸控制技術(shù)進(jìn)步仍然是杯水車薪。

圖7 船用LNG燃料全生命周期碳當(dāng)量排放預(yù)估（來源：ICCT）

日前備受矚目的北溪管道爆炸引發(fā)的史上最嚴(yán)重的甲烷泄露事故加劇了各界對于甲烷燃料環(huán)?？煽匦缘膿?dān)憂，從日益嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)趨勢來看，甲烷燃料未來的發(fā)展預(yù)期走弱，預(yù)計2030年前后，LNG燃料動力將從增量市場轉(zhuǎn)入存量市場，屆時逐步引入綠色甲烷和船載碳捕集系統(tǒng)或?qū)⒊蔀榇媪縇NG動力船舶進(jìn)一步脫碳的優(yōu)先選項。

氨與氫燃料能否成為零碳終極之選

不同于其他的“碳中和”替代燃料，氨/氫燃料本身不含碳元素，不產(chǎn)生二氧化碳排放，因此被視為真正意義上的終極零碳燃料，從中遠(yuǎn)期來看，其應(yīng)用前景被業(yè)界廣泛看好。ABS報告的預(yù)測模型顯示，氨燃料有望在2030年開始規(guī)模化應(yīng)用，到2050年成為航運業(yè)第一大燃料（見圖6）；MMC報告的預(yù)測模型同樣認(rèn)為，引入碳機(jī)制后，綠氨（電解氫合成氨）將在2050年占據(jù)船用燃料的半壁江山（見圖8），而若屆時可再生能源制氫仍不具備足夠的經(jīng)濟(jì)性，藍(lán)氨（通過源頭碳捕捉技術(shù)消除化石燃料制氫的碳排放）則將取代部分綠氨的市場份額（見圖9），氨燃料的整體領(lǐng)先地位依然穩(wěn)固。

圖8 理想情境下船舶替代燃料的構(gòu)成及走勢預(yù)測（來源：MMC）

圖9 可再生電力價格較高時船舶替代燃料的構(gòu)成及走勢預(yù)測（來源：MMC）

然而就現(xiàn)階段而言，氨燃料仍然面臨著極高的未知風(fēng)險和挑戰(zhàn)：氨作為燃料使用沒有任何歷史經(jīng)驗可以借鑒，而二沖程和四沖程的船用發(fā)動機(jī)至今尚未面世，其實際燃燒特性和運行效率能否滿足船舶商用需求仍待觀察（見圖10）；氨燃料的毒性令人擔(dān)憂，一旦泄露不僅嚴(yán)重危及船員和乘客生命安全，也將對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的重大損害，因此現(xiàn)有的國際法規(guī)和監(jiān)管框架尚未明確支持氨燃料的應(yīng)用，對其環(huán)境可持續(xù)性的評估是否會影響立法的走勢仍充滿變數(shù)；此外，盡管氨作為化肥和化工品原料的全球分銷系統(tǒng)已經(jīng)成熟，但現(xiàn)有的運輸和供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)和儲存節(jié)點，其港口設(shè)施并非為船舶燃料加注而準(zhǔn)備，安全風(fēng)險和資金需求雙重壓力下的全球氨燃料加注網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能否及時跟上目前仍要打上一個問號。

圖10 不同船用燃料的技術(shù)與法規(guī)成熟度及發(fā)展趨勢（來源：DNV）

而氫燃料由于體積能量比過低，嚴(yán)重限制了其在遠(yuǎn)洋船隊中的應(yīng)用前景，未來除非儲氫技術(shù)，尤其是固態(tài)儲氫技術(shù)取得革命性突破，氫燃料在船用領(lǐng)域仍將長期陪跑；另一方面，利用液氨或甲醇作為儲氫載體，結(jié)合在線重整制氫技術(shù)發(fā)展船用氫燃料電池正在成為一條另辟蹊徑的技術(shù)路線，為氫燃料在船用領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了新的可能。

甲醇燃料為何能夠嶄露頭角

甲醇作為替代燃料的最大優(yōu)勢在于其常溫常壓下即為液態(tài)，無需低溫或高壓處理，因此相比LNG、氨和氫燃料更易儲運和加注，在船上的存儲和使用也非常接近常規(guī)燃料的模式。與氨燃料不同，甲醇作為內(nèi)燃機(jī)燃料應(yīng)用已有近50年的歷史，目前船用甲醇發(fā)動機(jī)、船用甲醇燃料供應(yīng)系統(tǒng)已有較多的實船應(yīng)用經(jīng)驗，技術(shù)風(fēng)險和安全風(fēng)險可控，同時MAN和瓦錫蘭的數(shù)據(jù)顯示，相比于LNG動力船舶，甲醇動力船舶的新造船成本和改裝成本都要明顯更低（圖11），競爭力十足。

圖11 三種動力新造船造價對比（來源：MAN、招商工業(yè)產(chǎn)研中心）

此外，盡管甲醇的體積密度比與液氨相當(dāng)，顯著低于LNG燃料，但知名的清潔能源投資研究機(jī)構(gòu)Longspur的研究報告表明，在綜合考慮燃料儲存所需的制冷或加壓設(shè)備后，甲醇燃料整體系統(tǒng)的單位體積能量比要顯著高于液氫和液氨系統(tǒng)，并略高于LNG系統(tǒng)（圖12），裝載經(jīng)濟(jì)性再度凸顯。作為全球最主要的大宗化學(xué)品之一，甲醇的供應(yīng)鏈體系十分成熟，目前全球已有超過120個港口可以為船舶提供甲醇加注服務(wù)，其中部分港口的供應(yīng)價格還要低于LNG和生物燃料，加上未來生物甲醇和電制甲醇等“碳中和”綠色甲醇燃料的發(fā)展做背書，甲醇燃料的船用前景一下變得明朗起來。

圖12 不同燃料船用系統(tǒng)總體積能量密度對比（來源：L on g sp u r、招商工業(yè)產(chǎn)研中心）

LR《零碳燃料監(jiān)測2022》（以下簡稱LR報告）研究顯示，甲醇燃料的研發(fā)和應(yīng)用在過去的半年里取得了全面進(jìn)展，無論是技術(shù)成熟度、 燃料的投資規(guī)模(經(jīng)濟(jì)性)還是安全與可持續(xù)性都有明顯提升（圖13），大有脫穎而出之勢。馬士基堅定地走在甲醇路線的最前沿，截至目前一共訂造了多達(dá)19艘甲醇動力集裝箱船，并積極參與綠色甲醇供應(yīng)鏈的布局，其引領(lǐng)和帶動作用也十分明顯，曾經(jīng)堅定的LNG路線擁護(hù)者達(dá)飛在今年8月首次下單訂造了6艘甲醇動力集裝箱船，并宣布將甲醇和LNG共同作為其脫碳戰(zhàn)略的核心部分，此外，ONE、EPS、PIL、招商輪船、中遠(yuǎn)海運、諾唯真等領(lǐng)先的航運公司也紛紛以實際行動表現(xiàn)出對甲醇燃料的濃厚興趣。展望未來，一旦氨燃料、尤其是綠氨燃料的發(fā)展進(jìn)程不及預(yù)期，甲醇燃料有望在船舶替代燃料之爭中率先突出重圍。

圖13 2022年以來零碳/碳中和燃料船用可行性的提升度一覽表（來源：LR）

航運脫碳之路未來該如何走

可以肯定的是，航運業(yè)的脫碳將是一個螺旋式前進(jìn)的過程，船用替代燃料的爭論并不是一道非黑即白的單選題，不同類型的替代燃料將在脫碳進(jìn)程的不同階段、不同場景、不同細(xì)分領(lǐng)域中發(fā)揮各自的作用，而最終零碳目標(biāo)的實現(xiàn)也需要所有利益相關(guān)方全方面、長期性的共同協(xié)作和努力。

MMC報告認(rèn)為，決定航運脫碳走勢的五大核心驅(qū)動因素包括政策指引和法規(guī)監(jiān)管、船舶能效技術(shù)的提升、零碳燃料的價格與可持續(xù)供應(yīng)能力、航運客戶的脫碳需求和綠色溢價的支付意愿、以及綠色金融的資金扶持力度。報告強(qiáng)調(diào)，公平、統(tǒng)一的政策環(huán)境（如碳定價機(jī)制）以及對綠色轉(zhuǎn)型先行者的支持至關(guān)重要。

LR報告則從提升技術(shù)、刺激投資、確?？沙掷m(xù)性三個方面闡述了航運脫碳的優(yōu)先關(guān)注事項：技術(shù)方面，可再生能源電解制氫、碳捕捉（包括直接空氣捕捉和點源捕捉）、零碳燃料的儲運和加注（尤其是船對船加注）亟需突破；投資方面，零碳燃料的價格激勵機(jī)制、綠色走廊的建立和壯大以及零碳船隊的規(guī)模擴(kuò)張亟待進(jìn)展；可持續(xù)方面，碳來源和碳去向的評定以及全生命周期內(nèi)替代燃料對環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)的影響評估亟盼落實。

應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在全球致力氣候中和的時代浪潮之下，“躺平”沒有出路，航運業(yè)脫碳不能選擇被動地等待某種替代燃料的勝出，現(xiàn)階段一方面要持續(xù)專注于船舶端能效技術(shù)的提升，為自身的零碳轉(zhuǎn)型爭取更長的窗口期；另一方面也要積極主動地深度融入到替代燃料全球供應(yīng)鏈體系的建設(shè)當(dāng)中，以先行者的姿態(tài)謀篇布局，才能在這場百年未有的綠色轉(zhuǎn)型大變局之中牢牢把握住自身的命運。