他山之石，或可引玉！太阳能技术在刚刚出现时，相关材料污染重，造价高，遭受很多诟病。但是随着技术的发展，太阳能技术已到得以大规模的应用，不但材料污染已微乎其微，且经济性越来越好，在世界能源体系中正发挥越来越大的作用。未来船用替代燃料的应用，也将取决于技术的进展以及经济性的提升，以目前的进展预测的图景，可能被某种技术颠覆。
航运需要选择低碳甚至零碳替代燃料。对于需要大量密集型能源的长距离航行船舶来说，选择是替代燃料一项艰巨的任务，不过，航运业或许在日益提升的相关技术下拥有更多选择！在进入业界视野的主要替代燃料中，当前受青睐度最高的是液化天然气（LNG）。
自2018年IMO明确碳减排的目标后，达飞轮船订造9艘23000TEU级和5艘15000TEU级LNG双动力船，中远海能将其在大连船舶重工（集团）订造的4艘超大型油轮升级为LNG双动力船，壳牌石油通过多家船东订造LNG双动力油轮，多家企业成为把LNG作为替代燃料应用在主流船型上的引领者。
由于在LNG船上的应用，LNG作为船用燃料的应用历史已超过10年，技术上已经较为成熟。2021年，越来越多的新造船选择应用LNG双动力系统。在集装箱船领域，这一年有73艘新造船确定选择应用这一系统，占比13%；在油轮领域，45艘新造船确定选择应用这一系统，占比17%；在散货船领域，36艘新造船确定选择应用这一系统，占比8%。克拉克森统计数据显示，在2021年新订单中，有315艘船舶确定选择LNG作为替代燃料，占比16%。
当然，也有很多船东仍旧谨慎确定替代燃料，选择“骑墙”。2021年，有71艘新造船采用一种便于在未来改装成可增加LNG驱动（LNG-ready）的设计。除了加装费用高、设计建造难度大等原因，当前LNG双动力系统甲烷（CH4）逃逸现象也是一个不可忽略的因素。据了解，CH4排放是全球变暖的第二大原因。虽然CH4比CO2受到的关注少，但甲烷减排对于避免气候变暖的也至关重要。与CO2相比，CH4在大气中的寿命较短，但吸收红外线能量的能力约是CO2的26倍。
此外，甲醇、二甲醚、乙醇以及液化石油气（LPG）等也进入航运业减少温室气体的候选名单之中。在这些燃料中，甲醇是一种可以与LNG相媲美的船用燃料。较之LNG的优势是，甲醇在常压常温下是液态，不需要降温加压液化，与传统燃料在船上的储存类似，但是甲醇的单位体积能量密度较低（见表），因此相对于传统燃料，需要较大舱容来储存。在港口加注可获得性方面则几乎与LNG相当，据了解，全球已有超过100个港口可以获取甲醇。
来源：《多措并举，航运业绿色化未来可期》，中国船级社《航运低碳发展展望2021》编写组，2021
2021年，马士基在韩国现代重工订造的（8+4）艘16000TEU级船选用甲醇双动力主机引发广泛关注。此外，这一年马士基在韩国现代尾浦订造的1艘2100TEU级船也使用这一动力系统。
从趋势上看，清洁能源混合动力新造船正呈逐步增加之势。船用主机巨头MAN认为：“双燃料主机订单规模正在扩大，当前其约占总体订单的1/3，传统主机占2/3。我们预计到2025年两种主机的订单比例将达到1∶1。”
不过，目前LNG或甲醇作为船用燃料均有一定比例的CO2排放，无法实现零排放。更为理想的生物燃料在生产和运输中也会产生CO2，而且作为其主要原材料之一的废弃食用油的供应量对于替代每年3亿吨油基燃料更是杯水车薪。
实际上，目前备受关注的替代燃料是可能支持船舶实现CO2零排放的。生物LNG可以达到更好的温室气体减排效果。由“灰色”甲醇（将甲醇生产过程中产生的CO2排向大气）向“蓝色”甲醇（将甲醇生产过程中产生的CO2捕捉）的转变将进一步减少排放，再向“绿色”甲醇（甲醇由生物质原料直接获得，或使用捕捉封存的CO2与“绿”氢反应获得）转变便可实现最终理想。马士基在订造甲醇双动力集装箱船时也意在使用“绿色”甲醇，以便未来实现零排放。
在中国，“绿色”甲醇的示范生产已经实现，并有望取得进一步发展。2020年，由中国化学成达公司与海洋石油富岛公司、中国科学院上海高等研究院共同研发设计建设的全球首套5000吨/年CO2加氢制甲醇工业试验装置在海洋石油富岛有限公司已实现稳定运行。目前，宁夏宝丰能源集团正在扩大其30 兆瓦的电解项目，到2021 年底将达到100 兆瓦，氢气将用于生产甲醇（BloombergNEF, 2021）。
与“绿色“甲醇的理念类似，航运业也在研究通过“绿”氨（NH3）等燃料实现零排放。
一直以来，氨主要运用于化肥工业。氨作为燃料的主机技术研究始于第二次世界大战期间，燃料匮乏的比利时成功地在1941—1942年冬季的100辆汽车和从1943年起的8辆公交车上应用了氨和压缩的混合煤气（主要是氢气和一氧化碳）。随着航运业面临脱碳和摆脱对化石燃料依赖的压力，氨看起来是一种有强吸引力的替代燃料。
2019年12月，在“2019年中国国际海事技术学术会议和展览会”上，中国船舶集团发布氨燃料双动力概念超大型集装箱船，引发更多关注。
2021年，一些新造船订单采纳一种便于在今后改装成可增加氨驱动（Ammonia-ready）的设计。在这一年的新订单中，有34艘船舶选用这种设计。但是，氨燃料双动力主机现在仍在研发阶段，还没有成型的产品推出。根据主机厂商的信息，首台可燃烧氨的主机要到2023或2024年才会正式面世。
尽管氨作为燃料在船上的实际应用尚未真正开始，却是航运业实现零排放最具潜力的燃料。首先，氨是氮与氢的化合物，由于不含碳，因此在用作船用燃料时不会排放任何CO2，这创造了零碳推进的可能性。其次，从能量密度来看，氨的体积能量密度与甲醇相似，约为传统化石燃料的1/3，从而使得氨燃料在船上存储具有相对经济可行性。第三，氨的液化需要较少的冷却，在常压下-33°C左右，或者常温在1MPa左右即可成为液态，便于存储和运输（见表）。
但不可忽视的是，氨是一种有毒物质，并且对某些金属材料存在腐蚀性，这较传统船用燃料而言更加危险。此外，氨燃烧时会排出具有刺鼻恶臭的一氧化二氮，该物质也是较强的温室气体，这也是在技术上需要解决的问题。与此同时，与甲醇当前的生产状况类似，氨绝大部分是通过工业生产合成的，在此过程中不可避免要产生CO2，这种氨只能称为‘灰’氨。如果在源头生产过程中捕捉CO2，将可获得‘蓝’氨。生产‘绿’氨则需要利用绿色电能电解水等方式获取氢，再将氢与空气中的氮气合成。
既然“绿”氨需要氢来合成，那何不直接利用氢作为船用清洁燃料呢？实际上，氨是利用氢特性作为燃料，也被称为“氢基”燃料。尽管氢也是一种很好的燃料，但其要求的储存条件比较严苛，易燃易爆的特性导致其危险性较高，近海短程运输船舶会选择氢燃料电池驱动。
无论是”绿“色甲醇、“绿“氨、还是氢，在未来作为船用绿色燃料方面的应用，都离不开一个“电”的概念，这一切还要从“绿”电开始。
2021年，中远海运集团表示：“大力推进船舶受电和港口岸电设施升级改造，分步推动五星旗沿海航行船舶岸电改造，重点推进在建码头岸电配套设施建设；重点打造绿色航运样板工程和绿色航线，推进船舶岸电使用，实现自有船舶靠泊自有港口岸电使用，形成绿色航运建设和推广机制，完善相关标准规范……”岸电正成为其绿色转型的能源来源之一。
在当前全球主要依赖化石能源发电的背景下，岸电来源“绿色化”才能真正促进CO2的减排。近年来，全球有多个港口正通过将风电、光伏电等引入岸电系统实现真正的绿色岸电供应。例如，天津港从山西省河曲飞龙泉风电场、交口祝源光伏电站等50家风电及光伏发电企业采购的电能已输送至天津北疆港区智能化集装箱码头的岸电设施上。
除了岸电之外，电池动力船舶的订造也在增加。在2021年，有83艘船舶选择电池动力或电池混合动力系统，占比4.2%。这些新造船以沿海近洋运营为主。由于电池能源密度的瓶颈仍旧难以突破，以电池驱动的船舶更适宜承担短途运输任务。国际航运商会的研究也表明，要满足一艘全球航行的大型集装箱船的能耗需求，需要至少1万个动力电池，目前的电池技术尚不足以应用于远洋船舶。
然而，电能对于航运业走向“碳中和”仍然意义重大，前文所提及的“绿色”甲醇、“绿”氨以及“绿”氢无一例外需要电解水获取氢基。也就是说，电能的供应、尤其是绿色电能的充足供应是航运业实现碳减排的必由之路。
应该说，随着风能、太阳能、潮汐能等清洁能源获取技术的不断进步，清洁电能不断增多，将为绿色船用燃料的生产提供支撑。不过，一旦与一年超过3亿吨船用燃油当量进行换算，当前的清洁电能供应远远不足。有机构按当前航运业使用的能源量计算，如果完全转换为使用“绿”氨，需要消耗的电能约7万亿千瓦时，几乎与目前中国一年的总发电量相当。
低碳或零碳替代燃料在特性、经济性、可获得性等方面的显著差异，决定了其最佳应用场景将有较大不同，不存在赢者通吃的单一解决方案。对于远洋和近海航运而言，燃料的可获得性、体积能量密度和燃料储存条件将是最重要的考量因素。目前来看可选方案主要有LNG、甲醇、氨等燃料，在氢的高能量密度储存问题解决后，中远期氢燃料将成为具有竞争力的方案之一。对于近岸和内河航运而言，燃料的储存和补给等相对容易实现，因此基于零碳燃料的动力方案选项会更加易于实施。相比较而言，现阶段的电池动力，尤其是可换电的电池动力方案，以及近中期可能形成技术突破的燃料电池方案，将会是比较有竞争力的零碳航运方案选项之一。《“脱碳”航程前的准备与思考————访中国船级社总裁莫鉴辉》，李英，2021）
在实现远期目标上，CO2捕捉或将成为一种替代方案，那么作为石化燃料的LNG甚至油基燃料或将更长久的作为船用燃料的组成部分。当前，已有相关项目取得进展。2021年初，挪威石油和能源部已批准由挪威石油(Equinor)、壳牌和道达尔联合开发的150万吨/年的“北极光”CO2运输和储存项目的开发计划，并已与两家公司签署了最终的国家支持协议。（《中国能源体系碳中和路线图》，国际能源署，2021）
航运需要选择低碳甚至零碳替代燃料。对于需要大量密集型能源的长距离航行船舶来说，选择是替代燃料一项艰巨的任务，不过，航运业或许在日益提升的相关技术下拥有更多选择！在进入业界视野的主要替代燃料中，当前受青睐度最高的是液化天然气（LNG）。
自2018年IMO明确碳减排的目标后，达飞轮船订造9艘23000TEU级和5艘15000TEU级LNG双动力船，中远海能将其在大连船舶重工（集团）订造的4艘超大型油轮升级为LNG双动力船，壳牌石油通过多家船东订造LNG双动力油轮，多家企业成为把LNG作为替代燃料应用在主流船型上的引领者。
由于在LNG船上的应用，LNG作为船用燃料的应用历史已超过10年，技术上已经较为成熟。2021年，越来越多的新造船选择应用LNG双动力系统。在集装箱船领域，这一年有73艘新造船确定选择应用这一系统，占比13%；在油轮领域，45艘新造船确定选择应用这一系统，占比17%；在散货船领域，36艘新造船确定选择应用这一系统，占比8%。克拉克森统计数据显示，在2021年新订单中，有315艘船舶确定选择LNG作为替代燃料，占比16%。
当然，也有很多船东仍旧谨慎确定替代燃料，选择“骑墙”。2021年，有71艘新造船采用一种便于在未来改装成可增加LNG驱动（LNG-ready）的设计。除了加装费用高、设计建造难度大等原因，当前LNG双动力系统甲烷（CH4）逃逸现象也是一个不可忽略的因素。据了解，CH4排放是全球变暖的第二大原因。虽然CH4比CO2受到的关注少，但甲烷减排对于避免气候变暖的也至关重要。与CO2相比，CH4在大气中的寿命较短，但吸收红外线能量的能力约是CO2的26倍。
此外，甲醇、二甲醚、乙醇以及液化石油气（LPG）等也进入航运业减少温室气体的候选名单之中。在这些燃料中，甲醇是一种可以与LNG相媲美的船用燃料。较之LNG的优势是，甲醇在常压常温下是液态，不需要降温加压液化，与传统燃料在船上的储存类似，但是甲醇的单位体积能量密度较低（见表），因此相对于传统燃料，需要较大舱容来储存。在港口加注可获得性方面则几乎与LNG相当，据了解，全球已有超过100个港口可以获取甲醇。
来源：《多措并举，航运业绿色化未来可期》，中国船级社《航运低碳发展展望2021》编写组，2021
2021年，马士基在韩国现代重工订造的（8+4）艘16000TEU级船选用甲醇双动力主机引发广泛关注。此外，这一年马士基在韩国现代尾浦订造的1艘2100TEU级船也使用这一动力系统。
从趋势上看，清洁能源混合动力新造船正呈逐步增加之势。船用主机巨头MAN认为：“双燃料主机订单规模正在扩大，当前其约占总体订单的1/3，传统主机占2/3。我们预计到2025年两种主机的订单比例将达到1∶1。”
不过，目前LNG或甲醇作为船用燃料均有一定比例的CO2排放，无法实现零排放。更为理想的生物燃料在生产和运输中也会产生CO2，而且作为其主要原材料之一的废弃食用油的供应量对于替代每年3亿吨油基燃料更是杯水车薪。
实际上，目前备受关注的替代燃料是可能支持船舶实现CO2零排放的。生物LNG可以达到更好的温室气体减排效果。由“灰色”甲醇（将甲醇生产过程中产生的CO2排向大气）向“蓝色”甲醇（将甲醇生产过程中产生的CO2捕捉）的转变将进一步减少排放，再向“绿色”甲醇（甲醇由生物质原料直接获得，或使用捕捉封存的CO2与“绿”氢反应获得）转变便可实现最终理想。马士基在订造甲醇双动力集装箱船时也意在使用“绿色”甲醇，以便未来实现零排放。
在中国，“绿色”甲醇的示范生产已经实现，并有望取得进一步发展。2020年，由中国化学成达公司与海洋石油富岛公司、中国科学院上海高等研究院共同研发设计建设的全球首套5000吨/年CO2加氢制甲醇工业试验装置在海洋石油富岛有限公司已实现稳定运行。目前，宁夏宝丰能源集团正在扩大其30 兆瓦的电解项目，到2021 年底将达到100 兆瓦，氢气将用于生产甲醇（BloombergNEF, 2021）。
与“绿色“甲醇的理念类似，航运业也在研究通过“绿”氨（NH3）等燃料实现零排放。
一直以来，氨主要运用于化肥工业。氨作为燃料的主机技术研究始于第二次世界大战期间，燃料匮乏的比利时成功地在1941—1942年冬季的100辆汽车和从1943年起的8辆公交车上应用了氨和压缩的混合煤气（主要是氢气和一氧化碳）。随着航运业面临脱碳和摆脱对化石燃料依赖的压力，氨看起来是一种有强吸引力的替代燃料。
2019年12月，在“2019年中国国际海事技术学术会议和展览会”上，中国船舶集团发布氨燃料双动力概念超大型集装箱船，引发更多关注。
2021年，一些新造船订单采纳一种便于在今后改装成可增加氨驱动（Ammonia-ready）的设计。在这一年的新订单中，有34艘船舶选用这种设计。但是，氨燃料双动力主机现在仍在研发阶段，还没有成型的产品推出。根据主机厂商的信息，首台可燃烧氨的主机要到2023或2024年才会正式面世。
尽管氨作为燃料在船上的实际应用尚未真正开始，却是航运业实现零排放最具潜力的燃料。首先，氨是氮与氢的化合物，由于不含碳，因此在用作船用燃料时不会排放任何CO2，这创造了零碳推进的可能性。其次，从能量密度来看，氨的体积能量密度与甲醇相似，约为传统化石燃料的1/3，从而使得氨燃料在船上存储具有相对经济可行性。第三，氨的液化需要较少的冷却，在常压下-33°C左右，或者常温在1MPa左右即可成为液态，便于存储和运输（见表）。
但不可忽视的是，氨是一种有毒物质，并且对某些金属材料存在腐蚀性，这较传统船用燃料而言更加危险。此外，氨燃烧时会排出具有刺鼻恶臭的一氧化二氮，该物质也是较强的温室气体，这也是在技术上需要解决的问题。与此同时，与甲醇当前的生产状况类似，氨绝大部分是通过工业生产合成的，在此过程中不可避免要产生CO2，这种氨只能称为‘灰’氨。如果在源头生产过程中捕捉CO2，将可获得‘蓝’氨。生产‘绿’氨则需要利用绿色电能电解水等方式获取氢，再将氢与空气中的氮气合成。
既然“绿”氨需要氢来合成，那何不直接利用氢作为船用清洁燃料呢？实际上，氨是利用氢特性作为燃料，也被称为“氢基”燃料。尽管氢也是一种很好的燃料，但其要求的储存条件比较严苛，易燃易爆的特性导致其危险性较高，近海短程运输船舶会选择氢燃料电池驱动。
无论是”绿“色甲醇、“绿“氨、还是氢，在未来作为船用绿色燃料方面的应用，都离不开一个“电”的概念，这一切还要从“绿”电开始。
2021年，中远海运集团表示：“大力推进船舶受电和港口岸电设施升级改造，分步推动五星旗沿海航行船舶岸电改造，重点推进在建码头岸电配套设施建设；重点打造绿色航运样板工程和绿色航线，推进船舶岸电使用，实现自有船舶靠泊自有港口岸电使用，形成绿色航运建设和推广机制，完善相关标准规范……”岸电正成为其绿色转型的能源来源之一。
在当前全球主要依赖化石能源发电的背景下，岸电来源“绿色化”才能真正促进CO2的减排。近年来，全球有多个港口正通过将风电、光伏电等引入岸电系统实现真正的绿色岸电供应。例如，天津港从山西省河曲飞龙泉风电场、交口祝源光伏电站等50家风电及光伏发电企业采购的电能已输送至天津北疆港区智能化集装箱码头的岸电设施上。
除了岸电之外，电池动力船舶的订造也在增加。在2021年，有83艘船舶选择电池动力或电池混合动力系统，占比4.2%。这些新造船以沿海近洋运营为主。由于电池能源密度的瓶颈仍旧难以突破，以电池驱动的船舶更适宜承担短途运输任务。国际航运商会的研究也表明，要满足一艘全球航行的大型集装箱船的能耗需求，需要至少1万个动力电池，目前的电池技术尚不足以应用于远洋船舶。
然而，电能对于航运业走向“碳中和”仍然意义重大，前文所提及的“绿色”甲醇、“绿”氨以及“绿”氢无一例外需要电解水获取氢基。也就是说，电能的供应、尤其是绿色电能的充足供应是航运业实现碳减排的必由之路。
应该说，随着风能、太阳能、潮汐能等清洁能源获取技术的不断进步，清洁电能不断增多，将为绿色船用燃料的生产提供支撑。不过，一旦与一年超过3亿吨船用燃油当量进行换算，当前的清洁电能供应远远不足。有机构按当前航运业使用的能源量计算，如果完全转换为使用“绿”氨，需要消耗的电能约7万亿千瓦时，几乎与目前中国一年的总发电量相当。
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