航运减碳新规将至，能源界和船运业如何应对

 

燃料替代是航运业实现长期减碳目标的关键策略之一，具有更大的减排潜力。为了达到IMO设定的2040年减排目标，至少占全球三分之一吨位的船舶需要使用可替代燃料。与汽车行业的讨论主要集中在电动和氢能两种选择不同，在海运行业中，尚无明确迹象表明哪种燃料将成为“最终选择”，因为每种解决方案都有一连串的优缺点清单。

 

即便如此，向轻质燃料过渡技术转型已在进行当中，广泛采用的替代燃料是液化天然气（LNG）、电池/混合动力、LPG、绿色甲醇和绿氨，以及利用这些清洁方案的双燃料驱动船型。根据DNV船级社的统计，全球新的船舶吨位订单（ordered tonnage）当中，有一半是可使用LNG、LPG或甲醇的双燃料发动机，其中LNG和甲醇各占比35.8%和9.7%（数据来源：DNV-Maritime Forecast to 2050）。

 

在近期和中期，预计LNG将成为替代市场的主流，电动船舶在较小的特定船型和场景中具备广泛前景，甲醇燃料以及绿氨燃料动力船舶则在未来有望占据主导地位。根据国际气体燃料船协会（SGMF）的统计数据，截至2023年11月，全球已有426艘LNG动力船投入营运，536艘在建。从全生命周期角度看，相比于传统船用燃油，燃烧化石天然气可减排25%，生物质天然气可减排约66%；硫氧化物和氮氧化物的排放也大大降低。

 

LNG作为2030年前的过渡燃料正在广泛应用，但其长期减碳效果有限；且甲烷本身也是主要的温室气体之一，需有效解决运输和燃放过程中的泄漏问题。在长期减排目标的指引下，天然气燃料需要从化石能源开采向生物质合成等绿色制备路径转型。

 

绿氢和船用绿色甲醇的发展密不可分。绿色氢气是一种多用途的能源载体，可以应用于多个行业的脱碳。可以直接使用，也可以通过其衍生物，如电制甲醇（e-methanol）、电制氨或电制合成燃料（e-fuel），来替代煤炭和天然气等化石燃料。

 

通过电解水制氢，再将氢气与二氧化碳合成电制甲醇，可用于替代传统的重油和柴油。相比传统燃料，绿色甲醇的碳排放显著减少，并具有良好的储氢性能。甲醇的体积能量密度是700巴压缩氢气的四倍，是液态氢的两倍。因此，无需应对低温和高压引起的能量损失或安全隐患，在空间、时间、成本和能量的维度都能实现节省。此外，甲醇在常温下的物理特性与柴油非常相似，易于处理，运营商可以使用现有的燃料基础设施。截至2024年初，全球已建/在建甲醇动力船舶数量已达269艘，涵盖散货船、集装箱船和化学品船等多种船型。

 

当前，基于可再生碳源、生物质、可再生电力等的绿色甲醇产能相对匮乏，生产商主要通过煤和天然气等制备“灰色甲醇”。若全球范围内规划的80多个项目全部投产，2027年全球绿色甲醇产能可达800万吨/年。在全生命周期温室气体排放框架下，绿色甲醇可减排63%-99%，能够实现船舶中长期减排目标，将成为航运业未来深度减排的重要替代燃料之一。

 

在丹麦南部，另外还有一座已建成的一座50兆瓦级电解水制氢工厂，其利用附近建设的300兆瓦太阳能园区将为该项目提供低成本的可再生电力，其生产的氢气将用于全球大型商业电制甲醇（e-Methanol）生产工厂。西门子能源负责电解水制氢系统的设计、供货和调试，该系统包括三套大功率质子交换膜（PEM）电解水制氢设备。电制甲醇的最终用户将是航运公司马士基和燃料零售商Circle K等，将保障马士基第一艘电制甲醇动力集装箱运输船的燃料供应，为航运业的大规模碳中和奠定基础。

 

尽管在碳中和的发展趋势之下，绿色电力将占终端用电需求的绝大多数，但是还有一部分的能源需求无法完全直接使用电能替代，譬如对能源密度的要求更高，或是对于化学能和热能需求。

 

全球每年约有7000万-9000万吨氢气用量，这些绝大部分都是基于煤炭、天然气等化石能源生产的灰氢，应用于工业和社会各个领域。未来在能源替代的大背景中，氢气的用量不仅会进一步增加，还需要绿色的制备供应来源。电网中富余的可再生电力用于制氢，再通过液氢、绿氨和绿色甲醇等方式存储起来。

 

绿氨和生物燃料也是业界关注度较高的两个替代能源路线。绿氨是一种无碳燃料，通过可再生能源生产氢气，再与氮气合成氨。然而，目前合成氨几乎全部由化石能源生产，主要原料包括天然气、煤（或焦炭）和重质油等。根据国际能源署（IEA）的数据，2022年全球氨产量约为1.83亿吨/年，其中可再生能源生产的绿氨不足2万吨/年。在IMO全生命周期温室气体排放核算规则的约束下，绿氨生产和供应成为行业关注的重点。

 

生物燃料通过有机物质制成，作为石油基柴油的可再生替代品。以B24船用生物燃料油为例，由24%的生物柴油和76%的低硫燃料油进行物理调和而成，可以减少约20.4%的碳排放。尽管生物燃料具有一定的减排效果，其在燃烧过程中仍有二氧化碳排放，优势在于不需要对现有船用柴油机改装也能使用。

 

挑战与未来

 

在中国，作为绿色零碳燃料的主要来源，可再生能源发展迅速。截至2024年3月，全国可再生能源装机容量达到15.85亿千瓦，约占全国总装机容量的52.9%。绿色燃料项目规划亦迎来了爆发式增长。截至2024年6月，已规划109个绿色甲醇项目，累计产能达5037.36万吨/年，这为推动“绿色航运”提供了坚实的基础条件。然而这些项目真正开工、具备商业逻辑且锁定买家的却很少。一条在新兴领域的赛道是否能够成立，归根结底还是要看技术逻辑和商业逻辑；在目前的国际形势下，还要考虑地缘政治逻辑。而在起步阶段如何创造和拉动需求，是行业爆发式增长之前已被反复验证的关键点——正如光伏发电、风电、锂电池电动车等领域曾经历过的一样。

 

尽管过去十几年全球航运在船舶大型化、技术水平、清洁能源研发、运输组织效率等方面都得到巨大提升，但从航运业减碳、绿色发展的新要求看，仍存在一些问题与挑战。

 

首先，基于非化石能源的可持续燃料成本较高。目前，虽然技术进步使氢、氨、甲醇和液化天然气等替代燃料成为减碳的关注点，但其成本远高于传统化石燃料。尤其是氢、氨和甲醇的绿色生产方式（即绿氢、绿氨和绿甲醇）仍处于探索和初期阶段，尚未实现规模化，导致无法显著降低成本。可持续燃料的价格上涨可能使船舶的建造和运营成本增加超过50%，这对整个航运业构成了巨大的经济压力。

 

其次，全球航运行业的减排标准尚未统一。各国在减排政策上的差异导致航运公司难以在国际范围内协调一致的行动。此外，航运业涉及多方利益相关者，如港口、航运公司和供应链，因此，船舶排放责任的划分和管理体系十分复杂。航运公司不仅要面对不同类型和规模的船舶，还需要处理投资周期较长的现实问题。而单一的替代燃料方案难以应对航运业巨大的燃料需求，全球港口和航运枢纽大多缺乏相关燃料的加注设施，尤其是远洋航运的燃料供应基础设施尚未形成统一的全球网络。

 

此外，存量船舶的数量庞大，且迭代周期长、改造成本高。全球现有的船舶使用周期通常可达30年以上，短期内实现大规模的船舶替换或改造所需的投资非常高昂。此外，由于替代燃料和技术路线存在不确定性，船东在投资决策上面临风险，可能导致投资延迟和进展缓慢。

 

展望未来，航运业减碳的前景将依赖于技术进步、政策协同和国际合作。通过促进可持续燃料生产的规模化和成本下降，以及加快全球燃料基础设施网络的建设，航运业有望逐步克服现有的挑战，实现绿色转型。

 

应对全球航运行业转型痛点，为打通绿色航运燃料的上下游产业链构建交流与合作的平台，西门子能源与马士基将于2024年12月17日至18日在海南联合举办“2024全球绿色航运大会”。大会的支持单位包括海南国际经济发展局、马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心、中国能源建设股份有限公司，中国远洋海运集团有限公司，申能（集团）有限公司，隆基绿能科技股份有限公司，以及毕马威企业咨询（中国）有限公司。会议以“迈向零碳未来—创新与合作推动绿色航运”为主题，包括氢、氨、醇等在内的绿色燃料生产商和航运界生态圈同仁共聚探讨行业前景。

 

大会的专题研讨环节将涵盖政策法规、绿色燃料厂商和基础设施、以航运企业为代表的需求端视角、国际绿色认证与碳足迹市场、绿色燃料全产业链绿色金融的转型与机遇、政用产学研协同合作等热点议题。致力于通过在技术、政策和市场机制等领域的交流与探讨，助力提升全球航运企业的绿色竞争力，推动绿色航运产品和服务的市场化。从燃料生产、供应链管理到船舶运营的全价值链协同发展，促进绿色燃料的广泛应用和能源效率的提升，从而助力建立中国航运业的生态系统。