日本试验在运煤船上布置碳捕获设备，船舶去碳化如何演进？

近日,日本川崎汽船与三菱造船、日本船级社宣布合作,计划在其运煤船上部署一个小规模二氧化碳捕获设备,这将是全球首次海上碳捕获。

 

这一名为“Carbon Capture on the Ocean”(CC-Ocean)的项目得到了日本国土交通省海事局的支持,作为其推进船舶资源技术研究开发支持项目的一部分。在日本国土交通省的支持下,合作伙伴将共同在川崎汽船的一艘船上安装一个小型二氧化碳捕获示范设备,对设备进行运营测试并测量其性能。船用二氧化碳捕获示范设备将以陆上设备为基础,旨在捕获船舶的部分气体排放。

 

该项目旨在验证捕获和储存船舶排放的二氧化碳的有效性,以及海上二氧化碳捕获设备的可操作性和安全性。示范测试旨在促进开发船舶环境所需的更紧凑的设备,同时也发展海上稳定连续运行所需的系统要求。

 

这个为期两年的项目在今年8月启动,将对示范设备进行HAZID(危害鉴定)评估,并在船上部署,由日本船级社检验。日本船级社表示:“这个在海上进行的示范试验是世界上首个此类试验,所获得的知识将用于未来技术和系统的开发,以从船舶设备和船舶废气中捕获二氧化碳。”

 

三菱造船将开始开发和建造一个小规模二氧化碳捕获师范生,并进行系统安全评估。预计三菱造船将于2021年中期在其工厂测试示范设备的运行,随后部署在川崎汽船为日本东北电力公司运营的运煤船“Corona Utility”号(建于2016年)上。

 

到2021财年年末,项目合作伙伴预计将开始在船上运行示范设备,并测量该系统在船用条件下的性能。川崎汽船表示:“作为全球首个船舶示范测试,该项目将为捕获二氧化碳排放及实现船上零排放设施设计和技术提供宝贵间接。”

 

“另外,捕获的二氧化碳有望回收作为提高原油采收率(EOR)过程中一种新的二氧化碳来源,或者通过甲烷化作为合成燃料的原材料。凭借这种方式,该项目将对长期减少温室气体排放做出巨大贡献。”

 

根据国际海事组织(IMO)的航运业二氧化碳减排“初步战略”,至2050年,将航运板块的二氧化碳总排放量削减50%,并努力逐步实现零碳目标。该协议包括将航运业纳入巴黎协定的温控目标——将全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内。为了实现最终减排目标,航运业一直在寻找有效的减排措施。那么,目前除了碳捕获之外,航运业还在探索哪些减排措施呢?

 

据某航运机构与海事战略国际公司(MSI)联合开展的一项最新研究显示,航运业去碳化目标可以通过三种可行的路径来实现。它们分别是:轻气体、重气体和醇类、生物燃料或合成燃料。

 

1、轻气体路径

 

这个类别是指由小分子、低碳氢比构成的燃料,包括LNG、生物LNG、合成天然气(SNG)或者可再生天然气(RNG),它们可由生物质和/或可再生能源生产得来。目前通过生物生产合成燃料或可再生燃料的规模有限,必须扩大规模才能用作商业上可行的解决方案。

 

作为一种低碳燃料,LNG可与新技术和/或船舶运行措施结合使用,来实现2030减排目标。如果与生物LNG、合成天然气或可再生天然气混合使用,LNG还可以进一步降低航运业碳排放。

 

轻气体中的氢气也有可能成为未来零碳船舶的一种解决方案,因为氢气扩散率高,火焰传播速度快,并且是在所有候选燃料中每单位质量能量含量最高的一种。

 

2、重气体和醇类路径

 

这个类别下燃油的构成分子比轻气体群更大,它们的碳氢比也相对较高,因此其二氧化碳减排的潜力和能量含量也就相对较低。不过它们的燃油储存和供应需求也相应地更为宽松。这类燃油包括LPG、甲醇、乙醇和氨。

 

LPG的能量含量高于醇类,可能更适合在现代双燃料发动机中使用,但由于其减排潜力较低并且存在安全方面的挑战,LPG还没有像LNG一样得到较为广泛的采用。

 

不过,目前发动机制造商已经将甲醇和LPG视为成熟的燃料类型,它们已经开始销售能够使用这类燃料的发动机平台。因此,这些燃料可以用来实现航运业的2030碳减排目标,如果它们在未来可以通过可再生方式生产的话,还可以为开发碳中性推进系统铺平道路。

 

排在重气体或醇类谱系末端的是氨气,如果以可再生方式生产的话,氨气也能成为零碳燃料。尽管氨气具有毒性并且有着更为严格的处理要求,氨气发动机却已经在设计当中了。最近业界有团队已经揭晓了氨燃料支线船设计。

 

专家指出,要使氨气成为商业上可行的长期燃料选项,行业就需要建立全面的供应方基础设施,并制定和实施全新、严格的安全条例

 

3、生物或可再生燃料路径

 

这个类别包括由生物质,如植物、废油和农业废料,生产的燃料。

 

除化石和生物质来源外,还可以通过二氧化碳回收(CDR)来生产电燃料,该技术可将二氧化碳转化为合成气,而合成气又可用于生产生物LNG或生物甲醇。二氧化碳回收具有从大气中去除二氧化碳并将其用于生产电燃料的潜力,从而能最大限度地减少燃料生产所需的能源。

 

航运业的去碳化使命将给该领域带来众多变化,包括船舶设计、安全和环保法规以及贸易模式和货物运量等等方面。

 

专家表示,每单位体积能量含量较低的低碳和零碳燃料,例如甲醇、氨气或氢气,如果用作初级燃料,可能会需要对船舶进行整体重新设计。能量含量低的燃料需要更大的储罐来储存,储罐在船上的位置将是设计时需要考虑的一大关键因素。新型发电系统(如燃料电池)也可能会改变当前的船舶机舱架构。这些设备或许会促进船舶空间的利用效率,因为它们可以分布式放置。

 

预计到2050年,石油基燃料将占据相当大的市场份额(高达40%),这样一来,碳捕获和封存系统不仅会在岸上得到推广,海船上也有可能会得到应用。

 

碳捕获科普

 

碳捕获与封存(Carbon Capture and Storage,简称CCS)是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存或者利用的过程,以避免其排放到大气中的一种技术。该技术的吸引力在于能够减少燃烧化石燃料产生的有害气体——温室气体。CCS技术包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节,它可以使单位发电碳排放减少85%～90%。在世界石油会议(WPC)上,能源行业的老总们都热切希望把它当作一个解决气候将变暖的方案。

 

碳捕获是世界发达国家在环保方面的一项新技术,主要是指将二氧化碳捕获后,存放在地下或海底里。如英国2009年能源和气候变化部提出了一个新计划,在全球范围内大力推广碳捕获技术。据专家估计,如果全面应用,可以使人类减排成本降低30%。