在脱碳热潮中，航运业正在探索替代燃料

本文最初刊登在《Hakai 杂志》上，这是一本有关沿海生态系统科学和社会的在线刊物。如需阅读更多类似报道，请访问 hakaimagazine.com。

几十年来，全球商用船舶一直依赖一种黏稠的化石燃料，需要加热到 150°C 左右才能使其流过船舶内部。重质燃料油 (HFO) 是最脏的燃料之一。“这是 [石油] 精炼过程的最后一步，”丹麦航运巨头马士基能源转型团队负责人 Morten Bo Christiansen 说道。“你可以说，这是最底层的。”

然而，现在，随着国际海事组织（IMO，负责管理全球航运的联合国分支机构）实施旨在迫使航运业减少硫和碳排放的新法规，重质燃油即将被淘汰。新规定让克里斯蒂安森这样的决策者争分夺秒地确定未来无数的潜在燃料中哪一种将最终取代它。

克里斯蒂安森和数十名同事的部分工作是购买燃料，为马士基的数百艘船舶提供动力。他说，重质燃油和其他化石燃料已经开始让位于更清洁的替代品。

例如，2023 年中，一艘价值 1.6 亿美元的新型集装箱船“劳拉马士基号”开始在波罗的海运营。“它看起来和其他集装箱船没什么区别，”克里斯蒂安森说。但“劳拉马士基号”从未使用过石油，而是以甲醇为动力。生产甲醇的方法有很多种，但并非所有方法都对环境友好。然而，如果以可持续的方式获取甲醇，例如通过捕获垃圾填埋场产生的气体或通过各种可再生能源驱动的过程，甲醇的污染会比化石燃料少得多。 “劳拉马士基号”已经在北欧海域航行，目前世界各地的造船厂正在订购 200 多艘能够使用甲醇的船舶。

英国曼彻斯特大学航运和气候变化研究员西蒙·布洛克表示，为了满足国际海事组织的最新规定（旨在让航运业在 2050 年实现净零排放），商用船舶必须在短短六年内将碳排放量减少至少 30%。他补充说，如果该行业需要的时间比这更长，航运公司几乎不可能大幅减少排放，以满足最雄心勃勃的监管目标。在 2023 年发表的一篇论文中，布洛克和他的同事指出，如果进展不够快，2015 年《巴黎协定》的目标将面临危险。

要实现净零排放，必须淘汰重质燃油。而要最大限度地减少碳排放，一些船舶目前使用的替代化石燃料（如液化天然气）最终必须淘汰。但改造现有船舶以使用更清洁的燃料并不容易，建造新船既不快也不便宜。还有供应问题。对于甲醇而言，这种燃料的全球供应量目前远远不能满足航运业的巨大需求。

因此，克里斯蒂安森和其他像他一样的人面临的挑战是，如何在极短的时间内，在不出现重大技术或后勤问题的情况下，将船舶转换为替代燃料。

目前，唯一的出路是实现燃料投入多样化。除了甲醇，航运业还在探索其他非化石燃料选择，如氢、氨、电力和核能。鉴于后者的争议性——核能作为商用船舶燃料难以起飞，而且几乎只用于军舰——核能不太可能在未来几年对航运产生任何影响。使用船上电池组为大量大型货船供电也不太可能，因为电池无法输出足够的电力来弥补其体积和高昂的价格。

不过，氨才是真正的竞争者。氨的一大优势在于它是许多其他行业的重要商品，尤其是农业，每年有数百万吨氨被用作肥料。氨拥有稳固的供应链，这种化学品已经储存在世界许多港口。

然而，和甲醇一样，氨也有缺陷。首先，氨具有极强的毒性，因此事故和泄漏可能会对生态造成灾难性的影响。目前，没有港口允许以氨为动力的船只停靠——这一立场迫使绿色先锋号（一艘经过改装以使用氨和柴油的概念验证船）在去年访问阿拉伯联合酋长国的 COP28 会议时使用化石燃料为其提供动力。

此外，氨燃烧起来也比一些替代燃料更困难。设计更可靠、更高效的氨燃烧发动机是德国 MAN Energy Solutions 等公司目前面临的巨大挑战，该公司还为Laura Maersk 制造了甲醇燃烧发动机。

MAN Energy Solutions 的推广经理 Lars Tingbjerg Danielsen 解释说，氨的自燃温度很高，需要高于 650°C 才能点燃，因此必须与辅助引燃燃料一起燃烧。它的火焰也不稳定。与甲醇相比，氨的火焰速度（燃料燃烧时火焰扩散的速度）要慢六倍。如果发动机旋转得太快，燃烧就会失败，导致氨从发动机中逸出。考虑到其毒性，这将是一个重大的污染风险。

幸运的是，丹尼尔森说，与小型发动机相比，大型二冲程船用发动机的转速相对较慢，因此更容易让氨在其中维持燃烧。他的公司目前正在使用高速摄像机研究燃料的点火情况。

丹尼尔森补充说，确定最有效的燃料在一定程度上取决于特定船舶的使用方式。甲醇供应设施的建造成本很高，因此使用甲醇燃料的船舶可能最适合有固定停靠港的重复航线。他说，根据马士基 Mc-Kinney Møller 零碳航运中心的研究，氨比甲醇便宜，而且可能仍将如此，因此在需要最多能源的大型船舶上使用氨可能是合理的。

马士基则对燃烧氨气很感兴趣。“我们当然希望氨气成为未来的燃料组合，”克里斯蒂安森说。然而，马士基和其他大型航运公司目前都没有燃烧氨气的船只，克里斯蒂安森拒绝证实马士基是否计划在今年宣布任何此类订单。世界上第一艘以氨气为动力的货船Yara Eyde预计将于 2026 年下水，全球约有十几艘燃烧氨气的船只正在订购中。

目前，航运业对斯蒂芬·特诺克最喜欢的替代燃料——氢气并不太热衷。但英国南安普顿大学的海洋工程师特诺克却喜欢氢气，因为氢气和氨一样，可以用可再生能源制造，而且燃烧时只会产生蒸汽。（氨燃烧会产生氮气和水的混合物——还不错——而甲醇燃烧会产生二氧化碳和水。）

然而，业界对于处理如此难以处理的东西持谨慎态度。氢气在零下 235 摄氏度时蒸发，比月球表面夜间的温度还要低，因此将其冷却成液体并注入船舶燃料箱需要大量能源。而且由于氢分子非常微小（即使以纳米级化学标准衡量），氢气往往会从最小的裂缝中泄漏出来。

克里斯蒂安森表示，马士基对氢气进行了一项试点研究，发现使用氢气比使用甲醇和氨更昂贵。他说，这很能说明问题，因为甲醇本身比传统船舶燃料贵三倍。

因为氨实际上含有氢（氨由一个氮原子和三个氢原子组成），所以也可以采用混合方法：将船的燃料箱装满氨，然后在船上将其化学转化为氢。在这个转化过程中，氨中 60% 的可用能量会损失，但这一过程最终将实现零碳排放推进。总部位于纽约的初创公司 Amogy 正在努力在今年晚些时候测试采用这种混合方法驱动的拖船。

然而，在急于寻找更清洁燃料的过程中，航运和气候研究员布洛克警告不要忽视航运业可以削减排放的其他所有方式。“航运业必须更加关注它能做的其他事情，”他说。例如，所谓的风力辅助技术（一种真正古老的船舶推进方法）可以减少船舶主发动机所需的动力，无论它燃烧的是什么燃料。

布洛克认为，更严格的监管也可能有助于降低航运业的碳排放量。例如，港口可以拒绝那些能源效率等级不够高的船舶（根据国际海事组织去年推出的标准）。马士基的克里斯蒂安森表示，他支持航运业一些人士提出的绿色平衡机制提案，该提案将提高污染燃料的成本，以补贴更环保的替代燃料。

但留给航运公司进行重大变革的时间已经所剩无几。特诺克表示，航运业只有几年时间将其碳排放量减少近三分之一——这主要是因为它“把头埋在沙子里”太久了。

克里斯蒂安森仍然保持乐观。如果航运业能够转型，那么航空业等其他行业就更难推迟自己的绿色转型。“嘿，如果这些航运业者都能做到这一点，”他说，“你还有什么借口呢？”

本文最初刊登于《Hakai》杂志，并经许可在此转载。