□ 上海船舶动力创新中心有限公司 陶国华
随着国际社会对碳排放的重视程度不断提升，船舶动力企业也在积极推动绿色燃料、碳捕集等脱碳技术发展。在众多绿色燃料中，甲醇和氨已成为业界关注焦点。在这一背景下，绿色燃料船用发动机既迎来机遇，也面临挑战。
在全球气候变化的严峻挑战下，国际社会对碳排放的重视程度不断提升。航运业的碳排放量在全球人类活动碳排放总量中的占比约为2.89%，是最为积极的减排行业之一。在宏观政策层面，国际组织和政府机构陆续出台各种措施，鼓励航运公司采用清洁能源动力装置。在技术创新层面，船舶动力企业也在积极推动绿色燃料、碳捕集等脱碳技术发展。其中，绿色燃料备受关注，相应的技术和产品层出不穷，呈现出“八仙过海，各显神通”的态势。未来，船舶动力的“脱碳—绿色燃料技术”将何去何从？
脱碳进程加速——绿色燃料孰优孰劣？
若要满足“净零”目标要求，在燃料端，绿色燃料是唯一的选择。当前，航运业巨头如马士基、地中海航运、达飞等纷纷布局绿色燃料船舶生态。目前，甲醇和氨已成为脱碳技术发展的焦点。
随着脱碳进程的加速，航运业正面临着一场绿色燃料之争。国际海事组织（IMO）于2008年引入船舶能效设计指数（EEDI），2018年通过《船舶温室气体减排初步战略》，并于2023年7月通过《2023年船舶温室气体减排战略》，明确了在2050年前后实现温室气体净零排放的目标，比“初步战略”提前了50年。这一系列法规政策的出台，加快了航运业的脱碳步伐。
随着脱碳用词从“减碳”变为“近零”，再变为“净零碳”甚至“禁用化石燃料”，海事业感受到越来越大的压力。为此，航运业巨头如马士基、地中海航运、达飞等纷纷布局绿色燃料船舶生态。上述企业不仅在2023年12月召开的《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会（COP28）上呼吁确定禁止建造仅使用传统化石燃料的新船的日期，还敦促IMO出台监管法规，加快向绿色燃料过渡的步伐。
多年来，船舶工业和船舶动力企业致力研发低碳和零碳燃料船舶和动力产品。液化天然气（LNG）作为较柴油低碳的替代燃料已经得到成熟应用，液化石油气（LPG）、乙烷、乙醇、甲醇、氨、氢等正处于不同研发应用阶段。但若要满足“净零”的目标，在燃料端只有绿色燃料是唯一的选择。
目前，甲醇和氨已成为脱碳技术发展的焦点。甲醇因马士基主导的“甲醇方案”在业内得到广泛支持。对此，市场积极响应，2023年1~10月，甲醇动力运输船新接订单量累计达120艘、1147万载重吨，远超过2022年全年的47艘、572万载重吨。相比之下，新加坡船东EPS和比利时船东CMB则更青睐氨燃料，下单订造多艘氨燃料船舶动力的21万吨散货船。虽然甲醇和氨燃料已成为市场的焦点，但其在船舶上的应用仍面临诸多挑战。
绿色燃料崛起——船舶动力面临大考？
绿色燃料动力方案要挑战传统柴油动力系统的地位，不仅要彼此间展开竞争，还要与其他减碳方案进行竞争。这意味着，发展绿色燃料动力系统需聚焦“简单、可靠、经济”等特性，并重视新、老污染物的治理及安全问题。
在应对“双碳”战略的能源变革过程中，柴油等化石能源将逐渐退出。当前，柴油机百年来作为船舶动力主导者的地位，是在与其他能量转化动力装置的竞争中形成的。这意味着，绿色燃料动力方案不仅要彼此间展开竞争，还需与其他减碳方案进行竞争。为保持绿色燃料发动机的竞争优势，业界应重点关注以下几方面的问题。
首先，众多绿色燃料动力方案需要具备相对于其他竞争方案的优势。这意味着，其拥有与柴油机相同的“简单、可靠、经济”竞争优势至关重要。因此，如何应对新燃料的潜在问题，如是否会产生新的污染物甚至有毒有害物，以及对老污染物的治理，都是业界必须认真考虑的课题。例如，甲醇发动机废气中甲醛的含量及转化情况、氨发动机废气中的逃逸氨的影响等，都是目前尚未有完整和明确公开信息的领域。
同时，在减碳过程中不能忽视对新、老污染物的治理。相应法规应加强对老污染物的排放控制，如增加对老旧船型的约束或设立更多排放控制区（ECA）。中国作为全球航运大国，在IMO层面增设中国海域的ECA以避免对地区环境造成恶劣影响是必要的。
其次，市场将决定最终的胜出者。当前众多方案开展竞争是正常的，否则应用方案众多将不利于“绿色发动机”与其他能量转换动力装置的竞争，也不利于社会资源的高效使用。举例来说，为了利用狄赛尔循环的性能优势，甲醇/氨船用发动机采用“高压直喷、柴油引燃”技术，导致增加了相关系统的复杂性以及建造、运维成本。对于中高速机，集成式喷射器供应商已构筑了技术和市场壁垒。此外，甲醇和氨的低粘度及强腐蚀性对相关零部件长期运行提出了挑战，其可靠性仍待验证。不仅如此，甲醇发动机在低于10%负荷、氨发动机在低于25%负荷时必须切换到柴油模式，这使得引燃柴油的能量占比在中低负荷条件下更高。因此，船用甲醇、氨发动机无法实现“净零”排放，除非使用生物柴油等碳中和燃料。对于氨燃料发动机而言，必须确保其尽可能少排放温室气体。总体而言，上述问题都是发动机研制企业应注意并尽快解决的。
最后，在船用动力装置的应用过程中，必须充分考虑人的安全性。失去了对安全性的保证，“零碳”将毫无意义。甲醇和氨都有毒性，特别是氨的高压喷射系统存在急性泄露风险。氨燃料低速机的氨供给压力大约为70~85巴（bar），氨高压喷射系统压力大约为300~700bar，存在急性泄露风险——1000立方米空间仅需3060毫升（ml）氨即可致人死亡。因此，应加大对甲醇和氨的安全性（毒性）的宣传力度，确保本质安全和安全措施严格到位。不仅如此，发动机研制企业在发动机的制造和试验过程中也需要特别关注生产安全，需要特别划定相关区域、制定并推行相关管理措施。
众多绿色燃料——谁是船用动力最优选？
理想的绿色燃料应能够保持船用发动机作为能量转换核心装置的优势。为此，需要制定科学评估的标准和方法，从全产业链角度出发，综合考虑各种因素，评估各种潜在燃料的综合竞争力。
在能源变革的大背景下，船用动力燃料的绿色选择成为一个关键议题。随着化石能源的逐步淘汰，船用发动机既面临挑战，也迎来机遇。寻找“柴油替代品”旨在保持船用发动机作为能量转换核心装置的优势。
在众多潜在的新燃料中，甲醇和氨是备受关注的两种。甲醇因其常温常压下的液化特性而展现出普遍适用性；而氨的制备简便且成本低廉，无碳循环的特点使其备受瞩目。然而，对于采用狄赛尔循环的发动机来说，其更倾向使用于高十六烷值的燃料，因为这有助于保持发动机原有的特性优势。显然，当前的甲醇和氨燃料方案尚未达到柴油机的“简单、可靠、经济、安全”水平。
那么，有没有可能找到比当前的甲醇和氨更理想的“类柴油”绿色燃料呢？答案是肯定的。一方面，可以在现有的化工合成材料中广泛寻找；另一方面，可以根据船用发动机的需求来研发定制的绿色燃料。为了找到理想的绿色燃料，需要制定科学评估的标准和方法，包括从制备、存储、运输、加注、船舶设计建造、船用发动机设计制造运营、船舶运营及管理等全产业链角度出发，综合考量各种因素，评估各种潜在燃料的综合竞争力，从而找到最理想的绿色燃料。
业内对于理想绿色燃料的选择有着深入的探讨。具有代表性的观点认为，理想的绿色燃料应基于可再生能源，具有高能量密度，能够形成全球统一的相关标准，与现有或预计开发的动力装置高度适应，同时存在完备的生产物流及加注等基础设施，并具备长期低成本竞争力。此外，在寻找理想的绿色燃料的过程中还应关注发动机可用性、来源可控性、燃料经济性、法规完备性等诸多方面。
然而，理想绿色燃料的选择并非单纯的技术问题，其还受到国家地域能源战略的影响。作为能源变革的一部分，我国是否具备提供“绿色燃料中国方案”的基础和条件是一个值得深思的问题。需要注意的是，“中国方案”应是利用“中国智慧”对行业作出的贡献，成为类似于甲醇、氨的“世界方案”的有机组成部分，共同经受行业、市场和时间的考验。对于过去较长时期习惯于“欧洲方案”和“专利引进制造”的中国船用动力行业来说，参与“中国方案”的建设将是一次全新的挑战。这不仅有助于推动中国船用动力的自主科技创新，更将助力在现有基础上实现更高质量、更高水平的发展。