1、16 2023年 总第 332期船用替代燃料应用进展*邢 辉 李 想 摘要：低 碳 航运背景下，为 明 晰 低 碳/零 碳 燃料的应 用潜 力，从理 化 性 能、生产、储 运 和 终 端 应 用 等 维度 对 液化天然气、氢、氨、甲醇 等 潜 在的船 用 替代燃料 进 行全 面 评述，分析 船 用 替代燃料的应 用 进 展 情 况。从替代燃料 生 命 周 期 温室 气 体排放的 角度 来 看，面 向 2050年的 海洋 运 输，液化天然气是主 要的 过 渡性 燃料，而 航运业 选择可再 生 的 甲烷、氢、氨、甲醇等 其中 的一 种或几种作 为 未 来船 用 燃料 还具 有不 确定性，主 要的
2、挑战 和 障碍包括 燃料 成 本、储 运 和加注 基础设施、关 键设备 的 研 发 与 应 用 等。从 技术、经济、环 境、社 会、可扩 展 性 等 多 个维度 进 行 评 价，得 出目 前并 没 有 一 种 燃料 具 有 全方位、压倒性 的 优 势从 而 可以完 全 替代燃 油 在船 用 燃料 中 的 中 心 地 位 的 结论。关键词：低 碳 航运；船 用 替代燃料；液化天然气；甲醇；氨 DOI:10.16176/ki.21-1284.2023.02.003一、引言 据 国际 海 事 组 织（International MaritimeOrganization，IMO）IMO第四 次 温室
3、气 体 研究2020（Fourth IMO GHG Study 2020）报告，2018年国际 航 运（不 含 国内 航行 船舶、渔 业船舶 和 军 用 船舶）温室 气 体 排 放 总量 达 10.76亿 t二 氧 化 碳 当 量（CO 2e），其中 CO 2排 放为 10.56亿 t，占 当 年全球人 为源 排 放的 2.89%。该 研究 测 算 的 2008年 国际 航运 温室 气 体 排 放 总量 为 7.94亿 t，十 年 间 年 均 增 长3.1%。而 在多 个 经济和能源 场 景 假 设 下，2050年 国际 航 运 CO2排 放 总量 仍 会 达 到 2008年 排 放 总量 的
4、90%130%。2018年 4月，IMO以 MEPC.304（72）号 决 议 通 过 了 IMO船舶 温室 气 体 减 排 初 步 战 略（Initial IMO Strategy on Reduction of GHG Emissionsfrom Ships），设 定 了 国际 航 运 温室 气 体 减 排 目 标 和路 径，并 为 此 安 排了 一 系 列 的 短 期、中 期和 长 期 减排 措施，如 图 1所示。从 技术 性 措施 和 营 运性 措施 两 方 面 提 升 能 效，是 当前航 运 业 实 现 温室 气 体 减 排 的 主要 选 项；碳 排放 交 易机 制、碳 税、温室 气
5、 体 排 放 基 金 等 基 于 市场的 措施 也 经 常 被 拿上 桌 面 讨 论，但 这些 措施并 不 能直 接 减少 温室 气 体 排 放，而 是 必须 通 过技术 性 措施或 营 运性 措施 才 能发 挥 作 用。对 于 传统 的“主 机-推 进 器-船体”组 成 的能 量 转 化与 守恒 系 统，减少温室 气 体 排 放的 技术 性 措施 主要 包 括 减少 船舶 阻力、提 升推 进 效率 和 使 用 高 效 发动机，使 用 风 力 辅助 推 进 系 统、太 阳 能 光 伏 系 统、核 动 力 推 进 装 置、电池电 力 系 统、燃料 电池 动 力 系 统 等动 力 装 置 替代或
6、辅 助 柴 油 机 推 进动 力 装 置 也 是 选 项 之 一；减少 温室 气 体 排 放的 营 运性 措施 则 主要 包 括 物 流 与 供 应 链优 化，降 速运 行，航 线 和 航 速 优 化，使 用 岸电等1。然 而，诸 多 学 者、组 织 或 机构的 研究 已 经 表 明，无论技术 性 措施、营 运性 措施 或 二 者 组 合，其节 能 减 排 潜 力 都 相 对 有 限，无 法 实 现 航 运 业 的 零 碳排 放1，2。也 正 如 图 1所 列 出的，就 中、长 期 而 言，低 碳/零 碳 燃料 是 航 运 业 停 止 温室 气 体 排 放的 必 由之 路。*基金项目：2022
7、年度交通运输行业重点科技项目清单项目（项目编号：2022-MS7-205）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（项目编号：3132022649）。绿色 航运17 第 46卷 第 2期预计 GHG排 放CO 2排 放 强 度 40%*基 准水平 停 止 GHG排 放CO 2排 放 强 度 70%GHG排 放 总量 50%*2008年 2020年 2030年 2050年 2100年*与 2008年 相比 实 施 路 径 和 措施 短 期 中 期 长 期 加 强现 有 框架 下 的能 效 措施 发展 技术 和 操 作 能 效 措施 技术 合 作 与 能 力建 设 替代燃料 和 创 新 技术 研
8、发 EEDI&SEEMP EEXI&CII低 碳/零 碳 燃料应用创 新性 减 排 机 制 技术 和 操 作 能 效 措施 技术 合 作 与 能 力建 设 基 于 市场 的机 制零 碳 燃料应用 其 他 潜 在的 创 新性 减 排 机 制 图 1 IMO温 室 气 体减排目 标 和路径 绿色 航运为更进 一步 加 快 低 碳/零 碳 燃料 的 应用，IMO船舶 温室 气 体 减 排 初 步 战 略 还将 制 定 燃料 生 命 周期 温室 气 体 排 放 强 度 导 则（LCA导 则）作 为 短 期 措施 之 一，并 于 2021年 开 始 了 LCA导 则 的 制 定 和 审议，预期 将于 2
9、023年 7月 MEPC 80次会 议上 通 过最终 报告。与 此 同 时，在紧 随 2021年 11月 UNFCCCCOP 26次会 议 之 后 召 开 的 IMO MEPC 77次会 议上，国际 海 事行 业 释 放 了 到 本 世 纪 中 叶 实 现 航 运 碳 中 和的 强 烈 信 号，并 同 意 启 动 IMO船舶 温室 气 体 减 排 初 步 战 略 的 修订工 作。在 2022年 12月 召 开 的 IMOMEPC 79次会 议上，关于 MEPC.304（72）号 决 议 的修订，讨 论 的 焦 点 包 括 2030年和 2050年 减 排 目 标 的修订、引 入 额外 的 中
10、间 检 查 点、设 定国际 航 运 低 碳/零 碳 燃料 的 使 用 比 例 等。预期 MEPC 80次会 议上，IMO将 通 过 修订 的 温室 气 体 减 排 战 略，届 时 替代燃 料 的 应用 将 驶 入 快 车 道。二、潜在的船用替代燃料 自 1897年 第 一 台 使 用 液 体 燃料 的 内 燃 机 问 世 及1910年 代 柴 油 机动 力 装 置真 正 意 义 上 装 船 应用，“柴 油 机+燃 油”驱 动的 航 运 业 已 逾 一 个 世 纪。传 统 的 燃料 选择 是比 较 单一 的 化 石 基 重 质 燃料 油（HFO）、轻 质 燃料 油（LFO）或 柴 油（MDO/M
11、GO）。进入 21世 纪，随着 国际 防 止 船舶造 成 污染 公约（MARPOL公约）附 则 VI的 生效实 施 和 累 次 修正，船舶 废 气 排 放 中 的 氮氧 化 物（NO x）、硫氧 化 物（SO x）、颗粒 物（PM）、CO 2等 逐 渐 被 纳 入 不 断 严格 的 监 管 之 中3，低 硫 燃 油（LSHFO）、液 化 天 然 气（LNG）、液 化 石 油 气（LPG）等 替代燃料 的 应用 成 为 船舶 减少 排 放的 选 项 之 一；尤 其是 随着 IMO船舶 温室 气 体 减 排 初 步 战 略 的 通 过 及 船舶 能 效、碳 强 度 等 方 面 法 规 的 生效 实
12、 施，通 过 应用低 碳/零 碳 燃料 同步 减少 NOx、SOx、PM、CO 2排 放 成 为 当前 的 讨 论 热 点。（一）替代燃料概述 对 于水 路 运 输 燃料而 言，学 术 界、工业 界 研究和 讨 论 的 替代燃料 包 括 LNG（主要 成 分 为 甲 烷）、LPG（主要 成 分 为 丙烷 和 丁烷）、二 甲 醚（DME）、甲醇、乙 醇、氢 气（H2）、氨 气（NH 3）、合 成 燃料（Synthetic Fuels）、生 物 燃料（Biofuels）、电 制燃料（e-fuels或 Power-to-X）等。其中，合 成 燃料、生 物 燃料、电 制燃料 均是比较 宽 泛 的 概
13、念，例 如：合 成 燃料 可 能 包 括 化 石 基或生 物 质 基 的 合 成 甲醇、合 成 氨、合 成 汽 油、Fischer-Tropsch柴 油 等；生 物 燃料 可 能 包 括 生 物 甲 烷、生 物 甲醇、乙 醇、生 物 二 甲 醚、生 物 柴 油 等，而 生 物 柴 油 又包 括 脂肪酸 甲 酯（FAME）、脂肪酸 乙 酯（FAEE）、纯植 物 油（SVO）、加 氢 植 物 油18 2023年 总第 332期表 1 潜在 船 用替 代 燃料的典 型 理 化 特性 注：1MJ=1 106焦耳（J）；1GJ=1 109焦耳（J）；*-70 MPa压缩氢气的体积能量密度仅为 4.5 G
14、J/m3。200150100500燃料 类 型 上游 排 放（WtT）下 游 排 放（TtW）74.412.710.069.523.011.064.068.520.668.5120.05.040.013.052.044.0 36.07.08.199.184.2200.0图 2 各 种燃料的 全球变 暖潜值 生产原料：（a）石油；（b）天然气；（c）市政固体垃圾；（d）煤；（e）森林残渣；（f）甜 菜；（g）农业残渣；（h）油菜籽；（i）基 于风电 的 水电解。生 物质燃 料的 下游排放视 为 与 生 物质 生 长过程 中的固 碳作用相抵销。180370-162-426578-25-253-33
15、沸 点/42.848.646.119.926.728.8120.018.6质 量 能 量 密 度/（MJ/kg）36.620.824.815.821.119.212.6体 积 能 量 密 度/（GJ/m3）0.65.02.16.73.33.44.015.0空 气 中 的 可 燃 极 限/vol%210540450464365350585651空 气 中 的 自 燃 点/柴 油LNGLPG甲醇 乙 醇 DME液氢 液 氨 燃料 CnH2n&CnH2n+2（n=1015）CH4C3H8&C4H10CH3OHC2H5OHCH3OCH3H2NH3分 子 式7.515.09.536.019.027.07
16、5.028.08.5*绿色 航运考 察 各 种 燃料 的 理 化 性能，其 在 内 燃 机、燃料电池 等 终端 设备 中 使 用 在 技术 上 是完 全 可行 的。燃料 电池 虽 然 没 有 热 化 学 反应 且 效率 较 高，但其 功 率容 量、经济性、可 靠 性、耐久 性 还 面临 诸 多挑战，对 于 大 型 商 船 而 言 应用 前 景 尚 不明 朗，可 以 预期 内燃 机 仍 是 主 流 选择。而 就 内 燃 机 燃用 各 种 燃料 的 环境 表 现 而 言，SO x、PM排 放 均 可 忽 略 不 计；只 要 存在 燃 烧 反应，NO x排 放 就 不 可 避免，但 生 物 柴 油、
17、氨 气作 为 燃料 时 的 NO x排 放 甚 至 高 于 传统 的 柴 油/燃料 油；就 CO 2排 放 而 言，单 纯 地 讨 论 燃 烧 排 放 没 有意 义，同步 考 虑 上游 的 井 到 舱（Well-to-Tank，WtT）和 下 游 的 舱 到 桨（Tank-to-Wake，TtW）全生 命 周 期 排 放，目 前 还 需 等 待 IMO的 LCA导 则 的 生 效 实 施 才 能 具备 强 制 性的、科 学 的 方 法 指 导。各 种燃料 的全球变 暖 潜 值（Global Warming Potential，GWP）如 图 2所示4，燃料 的 原 料、生 产 过 程 显 著影
18、响 其 生 命 周 期 温室 气 体 排 放。同 时，基 于生 命 周期 评 价 赋 予 各 种 替代燃料 生 命 周 期 标 签（FuelsLifecycle Label，FLL），也 能 有效 避免 直 接 将 氢、氨 简 单 认 可 为 零 碳 燃料 或 忽 视 了 生 物 柴 油、可 再生甲醇 等的 零 碳 属 性。（HVO或 HDRD）等；电 制燃料 是 以 可 再生 电 能为 输 入、以 电 解 制 氢 技术 为 基 础 的 合 成 燃料，可 能 包括 电 制 甲 烷、电 制 甲醇 和 电 制 氨 等4。合 成 的、生 物 质 的 或 电 制 的 某 种 燃料 可 认 为 与 对应
19、 的 化 石 基 燃料 有 近 似 的 理 化 性能，各 种 燃料 的 典 型 理 化 特 性 见表 1。19 第 46卷 第 2期（a）薄膜 型 储 罐（b）A型 储 罐（c）B型 储 罐（d）C型 储 罐图 3 LNG储存技术 绿色 航运就 终端使 用而 言，LNG发动机 技术已 经 比 较 成熟，火花塞 点 火 的 纯 LNG发动机、基 于 Otto循 环 的LNG-燃 油 低 压双 燃料 发动机 及 基 于 Diesel循 环 的LNG-燃 油 高 压双 燃料 发动机 均 已 商 用。MANEnergy Solutions、Wartsila、Rolls Royce等 主要 的 船 用
20、发动机 生 产 商 均 有超过 20年的 LNG发动机运 行 经验，可 提 供 功 率 范围 从 180 MW的 LNG发动机 产品，如 MAN 12G95ME-C10.5-GI、Win GD12X92DF、Wartsila W20DF、Bergen B32：40等。理 论 上，发动机 燃用 LNG相比 燃 油 可减少 20%25%的 碳足 迹，但 由于 燃 烧 效率、甲 烷 逃逸 等 原 因，温室 气 体 减 排 量 通常低 于 20%5。即 便 如 此，对 于 零碳 航 运 而 言，化 石 基 LNG也 只 能 作 为 一 种 过 渡 燃料，生 物 质甲 烷 或 电 制 甲 烷 均 可作
21、为 替代，但 目 前其 燃料 成本 分别 为 化 石 基 LNG的 1.53倍 和 310倍，而 且 产量相 对 有 限6。化 石 基 LPG同 样 作 为 一 种 过渡 燃料，目 前 在 部 分 LPG运 输 船、乙烷 运 输 船 上作为 燃料应用，但 预期 并 不 会 扩 展 应用 到更 广泛 的 船舶 类 型中 且 不 会有 更 长 远 的 应用 前 景。多个学 者 和 研究 机构 基 于层次 分 析 法（Analytic Hierarchy Process，AHP）、多 标 准 决 策分 析（Multi-Criteria Decision Analysis，MCDA）等方 法，从 技术
22、、经济、环境、社 会、可扩 展性等多个 维 度，对替代燃料 的 应用 前 景 进 行 了 全面 分 析 和综合 评 价4，得 出的结 论 是 这些 替代燃料 在 不同 的方 面 各 具 优 势和 缺 点，但 还 没 有 一 种 燃料 具 有 全 方位、压倒 性的 优 势 从而 可 以 完 全 替代燃 油 在 船 用燃料 中 的 中 心 地 位。通 过 业 界 专 家 打 分 或 综合 评 价，或 许 可 以得 到 一 种 综合 评 分 最 高 的 燃料，但 并 不 足以得 出 该 燃料 就 应 当 是 航 运 业 的 选择 的结 论，因为不同 的 利益 主 体 在 技术、经济、环境 等 不同
23、方 面 具有 各 自 的 倾 向 或 偏 好。在 所 讨 论 的 替代燃料 中，业界 对 于技术 上可行、公 众 可 接 受、能 够 实 现 航 运 业的 净 零 排 放等 评 价 维 度 基 本 可 以达 成 共 识，目 前 的分 歧 主要 在 于供 应 安 全 是 否 有保 障 及 经济 上 是 否 可行。各 种 燃料 有 其 具 有 优 势的 船型、航 线 和地 域，但 就 海 洋 运 输 而 言，短 期 以 LNG作 为 过 渡 燃料，中 长 期重 点 发展 可 再生 氨 气 和 甲醇，对未来以 氢 能 或核 能 驱 动 航 运 业 保 持 审 慎 乐 观，这 应 该 算 是现 阶段业
24、 界的 共 识。生 物 质 燃料 始 终 存在 与 粮食、农 作物、耕 地、淡 水 资 源等的 竞争，以及 地 理 分 布 不均衡、显 著 受到 气 候 条件 的影响等挑战，笔 者 不 倾 向将 其 作 为 一 种 主 流 选择，但 并 不 排 除 其 在局 部、细分市场 的 应用 潜 力。此 外，生 物 质 也 是 生 产 可 再生氢、氨、甲 烷、甲醇、柴 油 的 原 料之 一，因 此 可作为 可 再生 燃料 生 产 原 料 的重 要 补 充。（二）LNG作为 船 用燃料MARPOL公约 附 则 VI的 生效 实 施 对 船舶 SOx、NOx、PM、挥 发性 有 机 物（VOCs）等的 排
25、放 作 出了 限 制，而 发动机 燃用 LNG基 本 不 存在 SOx、PM排放，NOx排 放 最 多 可 降 低 90%，对 LNG运 输 船 还 解决 了 货 舱 蒸 发 气 排 放 或 再 液 化 的 难 题，尤 其是化 石基 LNG与船 用燃 油 在经济性 上 具 有 竞争力，一 时 之间，LNG作 为 船 用燃料 受到 追捧。LNG来 源 包 括 天然 气、生 物 质 及 基 于 可 再生 电 力 的 H2和 CO2的 合成。为 便 于 储 运，天 然 气 通常 在 常 压、-163 条件 下 液 化 为 LNG，此时 体 积将 变为 气 态 时 的 1/600。公 路、铁 路、水
26、路 和 管 道 均 可作 为 天 然 气 的运 输 方式；而 其 储 存 技术 主要 包 括 4种 类 型，如 图 3所示，其中 前 两 种 为 常 压 全 冷 型，B型 储 罐 为 常 压 半 冷型，C型 储 罐 为 常 温 加 压 型。C型 储 罐 成本最 低，但 储 存 量、空 间效率 也 最 低。20 2023年 总第 332期生 产 原 料 转 化 过 程 中 间 产 物 能源 载体 天 然 气 天 然 气 重 整 煤 煤 气 化 生 物 质 生 物 质 气 化 生 物 质 液 化 重 整 水 热 化 学 过 程 电 解 光 解 生 化 转 化 Syngas 氢图 4 氢的 原 料
27、与 生 产 过程 绿色 航运（三）氢作为 船 用燃料 氢 是 地球 上 最 简 单、最 丰富 的 元 素，且 在 所有燃料 中 具 有最 高 的 质 量 能 量 密 度。但 氢 通常 是 以 化合 物 的 形 式 存在，也 就 意 味 着 氢 的 提取需要 消 耗 能量。氢 的 生 产 原 料 包 括 天 然 气、煤、生 物 质 和 水，且 具 有 多 种 不同 的 工 艺 流 程，如 图 4所示。氢 的运 输、储 存和 配 送 显 著 受到 其体 积 能 量密 度 的影响。对 于 20 MPa、70 MPa的 压 缩 氢 气 和 常压 低 温（-253）下 的 液 化 氢 而 言，体 积 能
28、 量 密度 分别 为 柴 油 的 5.0%、12.3%和 23.2%。对 于 同 样的能 量 释 放，其体 积 需 求 分别是 柴 油 的 20.1、8.1和 4.3倍，考 虑 加 压 或 制 冷 条件 下 燃料 围 护 系 统 更大和更 规 整 的 空 间 需 求，船舶 的 有效 载 货 容 积将 在 一定 程 度 上 被 削 减。就 终端使 用而 言，氢 内 燃 机的 有害 排 放 仅 有 NOx，但其 功 率 容 量、燃 烧、运转 平 顺 性 方 面在 技术 上 仍 然存在 较 大的挑战。也 就 是 说，氢 的 储 运和 终端使 用 具 有 比 LNG更 严 苛 的 要 求。因 此，对
29、于 远洋 运 输 而 言，相比 于 可 再生 甲 烷、氨 和甲醇 等 氢 的 衍 生 物，使 用 氢 作 为 船 用燃料 目 前 来看还 缺 少 竞争力。当 然，如果 液氢/压 缩 氢 运 输 船 队能 得 到 一定 的发展，这 类 船舶 使 用 氢 作 为 船 用燃料具 有 天 然的 优 势，但 目 前 来看，以 氨 作 为 载体 来 运输 氢 似乎 更 有 竞争力。（四）氨作为 船 用燃料 氨 是 全球 范围 内产量 最 大的 合 成 化 学 品，但 目前 主要用 作 化 肥 生 产。氨 的 生 产 原 料 是 氢 气 和 氮气，通常 基 于 Haber-Bosch过 程，在 铁 基 催
30、化 剂、300500 的 高 温 和 2035 MPa的 高 压 条件 下 反应而 成；其 他 的 氨 合 成 工 艺 包 括 电 化 学 过 程 和 光 催 化过 程。氢 气 的 生 产 如 前 所 述，而 氮 气 通常 采 用 变 压吸 附（PSA）或 膜 过 滤 技术 从 空 气 中分 离 得来。虽 然 氨 本 身 是 无碳 燃料，但 绿 氨 的 获 得 还 是 取 决 于所使 用 的 生 产 原 料 和 生 产 过 程 中 可 再生 能源的 使 用。大 规 模 的 氨 通常 在 常 压 和-33 条件 下 液 化 储存，而 少 量 的 氨 则 采 用 与 LPG类 似 的 储 运 方
31、式 常 温 加 压 至 8 bar存放 于 不 锈钢 压 力 容 器 中。液 氨 具有 较 高 的 爆 炸 风险 和 毒 性，储 运 安 全 考 量 尤 其 重要。就 终端使 用而 言，较 高 的 自 燃 温 度、较低 的 火焰 传 播 速 度、较 窄 的 可 燃 极 限、较 高 的 NOx排 放 都是 氨 燃料 发动机 开 发 中 所 面临的挑战。氨 燃料 发动机 目 前 还 未 见 商 用，但 Wartsila、MAN EnergySolutions、WinGD等 主要 的 船 用 发动机 生 产 商 均 在积极 推 进 氨 燃料 发动机的 研 发。2022年 9月，Wartsila四 冲
32、 程 中 速多 燃料 发动机 W25型 发动机 成功 发布，该 发动机 可 燃用 柴 油 和 LNG，预期到 2023年 可 燃用 氨 燃料。二 冲 程 低 速发动机 生 产 商 MANEnergy Solutions、WinGD均 计 划 在 2024 2025年 推出 自 己 的 氨 燃料 发动机。（五）甲醇作为 船 用燃料甲醇 是一 种 关 键 基 础 化 学 品，主要用 于生 产 甲醛、乙 酸 和 塑 料 等 其 他 化 学 品；同 时，甲醇 也 是一种 用 于 车 辆、船舶、工业 锅炉 的 低 闪 点 液 体 酒精 燃料。与 传统燃料 相比，可 再生 甲醇 可减少 高 达 95%的
33、CO 2排 放和 80%的 NOx排 放，且 完 全 没 有 SOx和 PM排 放。甲醇 有 一定 的 毒 性，吸 入、暴 露 和 皮肤 接 触均 会 造 成 人 员 的 中 毒 反应；由于 较 强 的 挥 发性和 生物可 降 解 性，其 对 人类 健 康、海 洋 和大 气 环境 的 威胁 要低 于 燃 油 和 氨。甲醇 的 生 产 原 料主要 是 天 然 气和 煤，但 生 物 质、森林残渣、市 政 固 体 废 弃 物、捕集 的 CO 2等 都可 以 作 为 甲醇 的 生 产 原 料，其 主要 的生 产 路 径 为 H 2和 一 氧 化 碳（CO）或 H2与 CO2的 合成，合 成 气（H2+
34、CO）、H 2、CO 2和 生 产 用 能的 来源 就 决 定 了 甲醇 的 碳足 迹 和 成本。化 石 甲醇 与船 用燃 油 具 有 可 比 的 燃料 成本，绿色 甲醇 的 燃料 成本 却高 出 810倍，但 未来 有 望 降 至 23倍7。相 较 于 其 他 气 体 燃料，甲醇属 低 闪 点 液 体 燃料，相 对 易 于 运 输、储 存和 配 送，对 现 有 船 用燃料21 第 46卷 第 2期船舶 类 型 18434743214810 16 1317514103622418111100806040200氢 甲醇 LPG LNG图 6 新造船订单 中替 代 燃料 船 舶的类 型 和 数量
35、图 5 投入 运 行的替 代 燃料 船 舶的类 型 和 数量 25020015010050050 1754742 4545795 261 723311941 163924船舶 类 型氢 甲醇 LPG LNG绿色 航运储 运 设施 稍 作 改 造 即 可 建 立 完 整 供 应 链。对 于 终端使 用而 言，甲醇 适 用 于 内 燃 机和 燃料 电池。当前，直 接 甲醇 燃料 电池（DMFC）的 效率还 比 较低，有 待 进 一步 研 发和 提 升；而 甲醇 燃料 内 燃 机 技术 相 对成 熟，在 车 辆、船舶 上 均 有 多年的 应用 经 验。MANEnergy Solutions、WinG
36、D、Wartsila、Rolls-Royce、Caterpillar等 主要 的 船 用 发动机 生 产 商 均 开 展 了 甲醇 发动机的 研 发 或 生 产；国内 淄 柴 动 力、中船 动 力等 甲醇 发动机 也 在 研 发 中。值得 一 提 的 是，MANME-LGIM是 目 前 市场 主 流 应用 的机 型，缸 径 有50、80、95三 个 系 列，缸 数 可 为 612缸，功 率 范围582 MW，基 本 可 以 覆 盖 各 种 类 型、各 种 大 小 远洋船舶 的 功 率 需 求8。三、航运业应用替代燃料的现状（一）替代燃料 船 舶 据 DNV Alternative Fuels
37、Insight平 台 统 计 9，替代燃料 船舶数量 在 现 有 世界 船 队 中 占 比 为 0.47%，所 应用 的 替代燃料 包 括 LNG、LPG、甲醇 和 氢 气 四 种 类 型；但 从 新 造船订单 来看，这 四 种 类 型 的 替代燃料 船舶数量 占 比 达 到 13.05%。世界 船 队 中，已 投入运 行 的 替代燃料 船舶 的类 型 和 数量 如 图 5所示；而 在新 造船订单中，替代燃料 船舶 的类 型 和 数量 如图 6所示。22 2023年 总第 332期绿色 航运1.LNG/LPG动力船舶自 2003年世界 首 艘 LNG动 力 的 平 台 供 应 船“Stril
38、Pioner”交 付 运 行，到 2022年 底，世界 LNG动 力 船舶 已 达 355艘，另 有 515艘 LNG动 力 新 造船订 单，LNG是中短 期 主 流 的 船 用替代燃料 选择。同 为 化 石 基 替代燃料，LPG动 力 的 现 有 船 48艘，新 造船 订单 也达 到 79艘，但 LPG动 力 船舶 目 前 仅 限 于 LPG运 输 船、气 体 运 输 船 和 乙烷 运 输 船三 种 船型。2.甲醇 动力船舶 截 至 2022年 底，甲醇 动 力 的 现 有 船 24艘，其中新 造船 21艘，均 为 50 000载 重 吨 级 的 化 学 品 油 轮，另 有 3艘改装 船分别
39、 为 滚 装 客 船、拖 轮或 引 航 船，现 阶段 均 以 化 石 甲醇 作 为 燃料。2022年，甲醇 动 力新 造船订单 增 长 迅猛，目 前 已 达 58艘，其中 Maersk公司 宣 布 订造 的 12艘 16 000 TEU（标 箱）和 6艘17 000 TEU甲醇 燃料 集装箱 船、CMA CGM公司 宣 布订造 的 6艘 15 000 TEU甲醇 燃料 集装箱 船、中国 远洋 海运 集 团宣 布 订造 的 12艘 24 000 TEU甲醇双 燃料 动 力 集装箱 船、招 商 轮 船 宣 布 订造 的 2（实 船）+4艘（选择 权 船）9 000 TEU（标 准 车 位）甲醇双
40、燃料 汽车 滚 装 运 输 船 等 系 列 订单 尤 其 受到 业 界 关注。与 此 同 时，2022年，Maersk与 CIMC ENRIC、European Energy、Green Technology Bank、Orsted、Proman、WasteFuel、德 博 能源、Carbon Sink、SunGas Renewables等 9家 单位 达 成 了 绿色 甲醇 合 作伙伴 关系，锁 定 了 年 均 超过 140万 t绿色 甲醇 供 应。3.氢 动力船舶当前，氢 动 力 船舶 主要以 氢 燃料 电池 作 为（混合）动 力 系 统 的 小 型船舶 或 以 氢 燃料 电池 作 为 辅
41、 助发 电 装 置 应用 为 主，全球 范围 内 的 应用 示 范 船舶 有数 十 艘，其中比 较 典 型 的 应用 包 括 德 国 渡 轮Alsterwasser、荷 兰 渡 轮 Nemo H 2、挪 威 液氢 动 力 轮渡 MF Hydra、法 国 Energy Observer、美 国 SeaChange、中国“蠡湖”号 等。而以 氢 内 燃 机 作 为动 力 的 船舶 目 前 仅 见 2022年 10月 交 付 的 比 利 时 拖 轮Hydrotug 1，配 置 的 2台 BeH 2ydro 12DZD-DF四 冲 程内 燃 机 可 燃用 氢 气 和 柴 油，总 功 率 达 4 000
42、 kW。4.氨 动力船舶受 限 于 氨 燃料 发动机 目 前 还 未 商 用，氨 动 力 船舶 目 前 还 未 见 商 用。然 而，在 氨 动 力 船舶 的 开 发 方面，目 前 多 家 船舶 设 计 公司、造船 厂、航 运 企 业 的氨 动 力 或 氨 预 留 船舶 设 计 已 经 获 得 船 级 社 的 原 理 性认 可（Approval in Principle，AiP）证书，也 有 多 家 船 东 公司 宣 布 了 开 展 氨 动 力 船舶 的 开 发，包 括VLCC、拖 轮、驳 船、平 台 供 应 船 等。据 不完 全 统计，近三 年 来，全球 氨 动 力 船舶 开 发 项目 超过
43、60个，其中 已获 得 船 级 社 AiP证书 的 船型 设 计 已超过42项。基 于所 统 计的 氨 动 力 船舶 开 发 项目，就 船舶类 型 而 言，排 在 前 几 位 的 是 油 轮、气 体 运 输 船、散货 船 和 氨 燃料 加 注 船；就 项目 分 布的 国 家而 言，排在 前 几 位 的 分别是 日 本、挪 威、中国、韩 国 和新加坡；就 授 予 AiP证书 数量 而 言，排 在 前 几 位 的 船 级社 分别是 LR、ClassNK、DNV和 ABS。（二）替代燃料消耗2016年 10月，IMO MEPC.278（70）号 决 议 通过 了 MARPOL公约 附 则 VI关于
44、船舶 燃 油 消 耗 数 据 收集系 统（Data Collection System，DCS）的 强 制 性 要 求，从 2019年 1月 1日 起，5 000总吨 及以 上 的 船舶需要 收 集 其 使 用 的 每 种 燃料 的 消 耗 数 据，并 在 每 个日 历 年结 束 后 报告 给 船 旗 国，船 旗 国 在 确定数 据 已按 照 要 求 报告 后，将 向 船舶 发出 符 合 声 明，随 后 将此 数 据 传 输 到 IMO船舶 燃 油 消 耗 数 据 库。目 前，IMO已 通 过 MEPC 76/6/1、MEPC 77/6/1、MEPC79/6/1发布 了 2019、2020、2
45、021三 年的 燃 油 消 耗 数据 汇 总 报告。按公约 要 求，纳 入 统 计的 船舶 应 有约3.2万 余 艘 和 13亿 总吨，但 目 前 数 据 仍 有 缺 失，数据 完 整 率按 船舶数量 计 约 85%，按 总吨 计 约 94%。基 于 这些 报告，可 以得 到 所 统 计 船舶 的 燃料 消 耗 情况，2019 2021年 燃料 消 耗 总量分别 为 2.13亿 t、2.03亿 t和 2.12亿 t，各 年 份 HFO、LFO和 MDO/MGO三 种 传统燃料 累 计 消 耗 占 比分别 为 95.03%、94.01%和 93.95%，而替代燃料占 比 略 有 增加。目 前 所
46、 报告的 替代燃料 包 括 LNG、LPG、乙烷、甲醇、乙 醇、生 物 燃料 等，替代燃料 消 耗 总量 情 况 如 图 7所示。（三）替代燃料 基 础设施1.LNG的 生产 与 加注据 International Energy Agency统 计 数 据10，2020年全球 LNG年 产量 155 EJ（1 EJ=1018 J=23.88 Mtoe百万吨 油 当 量），约 31亿 t，均 为 化 石 基，年 消 费 量73.5 EJ，其中 运 输 行 业 消 费 量 为 5.2 EJ。据 DNV图 7 基于 IMO船 舶燃 油 消耗 数 据库的 2019 2021年 替 代 燃料消耗 情况
47、23 第 46卷 第 2期2019 2020 202113 500 00012 800 00012 100 00011 400 00010 700 00010 000 000876543年 份11 974 761 12 623 1214.965.99 6.0530 462-77 63162 34518 18467 5804 84913 031102 92137 00129 55148 1777 3842 97814910 482 742LNG LPG 乙烷 甲醇 乙 醇 生 物 燃料绿色 航运的 Energy Transition Outlook 2022，2020年海运 行 业LNG消 费
48、量 在 其 整 个 能源 消 费 中 占 比 约 5%，到 2050年 这 一比 例 有 望 达 到 19%。全球 LNG供 应 是 充 足的，经 过 十 余 年的发展，LNG作 为 船 用燃料 其 基 础设施 发展 也取得了 长 足 的进 步。据 DNV AlternativeFuels Insight平 台 统 计，全球 投 入运 行 的 LNG加 注 终端 已 达 142个，包 括 加 注 驳 船、加 注 罐 车、加 注 储罐、本 地 储 罐 等；大 规 模 的 LNG储 存 基 础设施 超过180个；拟 建 设 或 正 在 讨 论 中 的加 注 终端 和大 规 模储 存 基 础设施 也
49、 超过 170个。2.甲醇 的 生产 与 加注据 IRENA的 Innovation Outlook：RenewableMethanol 2021，当前 全球 甲醇 年 产量 约 1亿 t，几 乎 全 部来 自 天 然 气、煤 等 化 石 燃料；可 再生 甲醇 的年产量不 到 20万 t，主要 为 生 物 甲醇。据 MethanolInstitute统 计，目 前 全球 范围 内 可 再生 甲醇 生 产 基础设施 建 设项目 超过 80个，预计到 2027年 可实 现800万 t的年 产量。当前 的 可 再生 甲醇 生 产 基 础设施 建 设项目 主要 分 布在 中国、丹麦、德 国、美 国 等
50、 国家，虽 然 通 过供 应 链 网络 构 建 和 甲醇 的海 上 运 输，可 再生 甲醇 生 产 基 础设施 的 分 布 不是 主要 障 碍，但基 于供 应 链 网络 优 化 的 视 角，推 动在 主要 贸易 航 线和 关 键 节 点 港 口 布局 可 再生 甲醇 生 产 基 础设施，仍然 十 分 重 要。据 DNV Alternative Fuels Insight平 台 统 计，当前 全球 范围 内 投 入运 行 的 甲醇 接 驳 终端 已 达130个，接 驳 终端 数量 排 在 前 几 位 的 中国、欧洲、北美 和 中 东 分别 达 到 38、29、19和 16个。未来 甲醇的 应用主
