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绿色航运 | 国际航运的能源转型:替代燃料绿氨的减排贡献与环境影响

全球航运业每年的温室气体排放量高达10亿吨,约占全球排放量的3%。航运业减排对于应对与气候变化、推动全球减排意义重大。然而,目前航运业减排进展并不乐观。IMO第四次温室气体研究报告已有所警示:预计到2050年,航运业的排放量将达到2008年水平的90-130%,而这一轨迹与将全球变暖限制在1.5摄氏度或远低于2摄氏度的《巴黎协定》温控目标背道而驰。

中国是现今全球造船第一大国,也是拥有船舶数量最多的船东国。中国及时采取措施推动航运业低碳发展,将对全球航运减排进程产生重要影响。

 

 

航运业减排的途径主要包括依靠新技术、使用高效能船只和采用替代燃料。针对航运业的温室气体排放,国际海事组织(IMO)分别提出了短期、中期、长期的一揽子减排措施清单。其中,燃料相关内容在三种措施清单中均有涉及——可见,替代燃料的研发及应用将是实现大幅度降低船舶碳排放的关键手段。

在诸多的替代燃料中,氨和氢最具减排潜力。有研究认为,使用氨和氢燃料作为船舶替代燃料会产生良好的碳减排效果[1]。该研究还基于全生命周期视角指出,氨和氢燃料的制取应使用可再生能源。EDF也曾发布相关报告,对绿氨作为航运替代燃料的可行性及减排潜力进行了详尽分析。近期,EDF又针对绿氨作为替代燃料的环境影响开展了进一步研究。

 

绿氨在航运减排中的贡献

 

 

“绿氨”是指使用可再生电力生产的用作燃料的氨,其产品全生命周期均不会排放温室气体。根据国际海事组织的中长期目标,到2050年,国际航运的温室气体排放量与2008年相比需至少减少50%,这意味着人类需要尽快开始采用零温室气体排放的燃料。作为备选燃料之一,绿氨作为零温室气体排放燃料替代燃料的潜力比想象中更容易、更快,也更安全。它包含以下优点:

  • 相较于氢,氨作为重要的化肥原料,拥有化肥行业历经多年建立起的具有全球化安全运输标准的物流基础设施;
  • 相较于氢,不需要低温储存;
  • 相较于电池,绿氨的液体能量密度相对较高,能为船舶航行提供足够的能量储存;
  • 利用时灵活性高,未来在内燃机或燃料电池中使用氨时,无需加载复杂的处理过程;
  • 其风险状况可通过现有标准和程序进行管理。

 

 

绿氨是现有国际航运脱碳技术中可行性较高的解决方案。它可以在发动机中直接燃烧,未来也能用于燃料电池之中。其应用途径可以从海事部门现有的成熟技术开始——直接用于新船和现有船上的柴油或双燃料发动机。当然,为实现IMO脱碳目标,在其目标时间范围内,相关政策制定者需要在战略和政策上为建造和改装此类船舶提供确定性、为绿氨大规模生产供应提供确定性。此外,航运减排可能会释放对绿氨供应链的投资需求,包括低碳工业和可再生电力。这是推动区域经济可持续发展和兴建相关基础设施的特别机遇,具有可再生能源潜力的发展中经济体应加以考虑。

关于绿氨对航运业减排的潜在贡献及可行性分析,请参看EDF发布的报告。

 

相关报告下载链接:https://www.edfeurope.org/file/399/download?token=agUEbKeQ

 

绿氨用于航运减排的环境影响

 

在航运业加速去碳化发展的背景下,EDF近期还发布了一份新报告,就大型氨燃料泄漏情境下海洋生境受到的影响进行了模型分析,以期为绿氨的大规模使用提供相关参考。

该研究评估了在加注过程中,或在船舶碰撞和沉没情况下发生氨泄露对水生环境和相关生态受体的潜在影响。此外,针对以上情景可采取的缓释措施和具体的泄露管理措施,报告也进行了相应的模拟和研究。

研究发现,与极地地区和深海相比,河口、红树林和湿地对潜在的氨燃料泄漏尤其敏感。在上述几类生物环境中,通常鱼类对氨泄漏最为敏感,鸟类和哺乳动物的敏感度较低。

 

 

与重油(HFO)和船用轻柴油(MGO)相比,氨泄漏的扩散范围相对较小,在环境中的持久性较低。油基燃料与氨对于细菌、浮游生物、鱼类、大型植物、爬行动物、无脊椎动物、鸟类和海洋哺乳动物所产生的影响也存在差异。这其中,油基燃料对无脊椎动物和鸟类的影响更大,而氨对鱼类的影响相对较大。余下几类中,除细菌外的其余生物所受影响均为中度,油基燃料与氨对于细菌都只会产生轻度影响。综合来看,氨对于水生环境和相关生态受体的影响相对略弱。

 

相关报告下载链接:https://www.edfeurope.org/sites/euroedf/files/EDF-Europe-Ammonia-at-sea-FullReport.pdf

 

氨的潜在毒性不容忽视。虽然航运业有使用气体船运输氨、用氨作制冷剂的经验,但将氨直接作为航运燃料,为不同类型船舶进行燃料安全加注、储存、供应和消费,依旧为行业带来了新的挑战。如果没有可靠的缓释措施和泄漏管理实践经验,氨燃料泄漏可能对水生环境产生负面影响。因此必须制定一个强有力的监管框架体系,以保证氨成为一种可行的、低碳的航运替代燃料。

未来的研究方向应围绕氨对生态和健康的全面影响(特别是对船员),包括长期氨泄漏和燃烧副产品造成的氮沉降增加等进行进一步评估,以明确氨燃料的安全性及环境影响。

 

注释:

[1] 黄晶晶,张小玉,王鹏鹏. 船舶二氧化碳减排技术研究[J].交通节能与环保,2021(4):73-76.

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