圖1  國際海事組織船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略

2018年4月，國際海事組織海洋環(huán)境保護委員會（MEPC）以MEPC.304(72)號決議通過了《船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》，提出盡快減少船舶溫室氣體排放的計劃，目標是到2050年國際航運的溫室氣體排放量比2008年減少50%以上，2100年前盡快實現溫室氣體零排放。國際海事組織（IMO）船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略如圖1所示。

隨著2023年1月1日生效的碳排放強度指數（CII）和現有船舶能效指數（EEXI），IMO的溫室氣體減排戰(zhàn)略繼EEDI和SEEMP之后更加白熱化和具體化，同時歐盟已著手開始征收CO2稅（ETS）和燃料稅（FuelEU），并對船用燃料從全生命周期考核CO2排放量。表1中列出了船舶當前涉及碳排放相關的主要規(guī)范及要求，包括國際海事組織的要求和歐盟的要求。

表1  船舶涉及碳排放相關規(guī)范及要求

CII生效前，船公司根據現有情況對船舶進行初步評估并實施計劃改進程序，更新船舶能效管理計劃（SEEMP）。CII生效后，由船旗國或主管機關簽發(fā)符合確認書（CoC），按船公司編制更新的SEEMP實施，由港口國監(jiān)督（PSC）船舶SEEMP和CoC的合規(guī)性，并從2024年開始每年根據上一年度的營運數據計算出碳強度評級，如果合規(guī)，由船旗國或主管機關簽發(fā)符合聲明（SoC），該聲明中包含數據收集系統(tǒng)（DCS）和碳強度評級（CII Rating），如果碳強度年度評級為E或連續(xù)3年評級為D，船公司應制定糾正措施，并體現在提交的船舶能效管理計劃中。CII實施的流程及時間節(jié)點如圖2所示。

圖2  CII實施的流程及時間節(jié)點

CII的強制生效對航運業(yè)會產生深遠影響，在當今航運業(yè)出現了談碳“色變”，各大船公司都按符合自身的利益來規(guī)劃旗下船舶的綠色低碳化發(fā)展之路，除加裝節(jié)能裝置外，具有低碳排放特征的LNG/LPG燃料動力船，甲醇燃料動力船也逐漸風靡。然而，船舶綠色減碳之路并非只有一條，中期碳排合規(guī)性與長期碳排合規(guī)性的期許直接影響著綠色低碳路徑的選擇。燃料的安全性及可獲得性，法規(guī)的指引及裝備的發(fā)展則是制約與影響綠色低碳之路的另外方面。

實現“碳達峰、碳中和”的核心是減碳，船舶減碳的核心是對石化燃料進行清潔化替代，逐步從低碳化向零碳化過渡，同時促進低碳燃料及零碳燃料的綠色化，實現燃料全生命周期內無碳排放或接近零碳排放。“十四五”是我國落實“雙碳”目標的關鍵窗口期。二十大報告中也提到“協(xié)同推進降碳、減污、擴綠、增長” ，“發(fā)展綠色低碳產業(yè)”，“加快規(guī)劃建設新型能源體系”。船舶綠色低碳化、零碳化發(fā)展已刻不容緩。

船舶碳排放現狀

船舶碳排放的現狀，從2023年開始生效的CII談起。海洋環(huán)境保護委員會第76屆會議分別通過了MEPC.352(76)–碳強度指標與計算方法（G1）、MEPC.353(76)–碳強度基線（G2）、MEPC.338(76)–相對于碳強度基線的折減率（G3）、MEPC.354(76)–碳強度指標評級方法（G4）、MEPC.355(76)–航次免除與修正的碳強度計算公式（G5）等決議，并經第78屆會議討論更新。圖3和圖4分別列出了碳強度指標與計算方法（G1）和航次免除與修正的碳強度計算公式（G5）的計算公式和影響因素。碳強度基線（G2）的計算與船型及噸位相關，相對于碳強度基線的折減率（G3）是不同年份相對于碳強度基線（G2）的折減率，2023年的折減系數為5%，2023年至2026年每年的折減系數遞增2%，2026年之后的折減率待2026年MEPC復評后確定，但趨勢是折減率的遞增進一步加大，減排要求進一步提高。

圖3  碳強度指標與計算方法（G1）

從圖1可以看出碳強度指標的計算與燃料類型和單位耗量、航程以及載貨量直接相關，使用低碳燃料及低能耗設備，減少空船重量及單位耗量下的航程增加都將有利于減少CO2的排放量。

圖4  航次免除與修正的碳強度計算公式（G5）

根據ABS/克拉克森的統(tǒng)計數據，如圖5所示，半數以上的現有營運船舶在2026年碳強度評級將會是D或E，對船舶的營運影響極大，2026年折減率重新評估后，隨著折減率的進一步加大，會導致更多的現有營運船出現評級為D或E。使用油燃料按傳統(tǒng)基本配置建造的船舶以及高單耗的船舶，尤其對于高航速船舶，可能船剛交付就面臨著碳強度指數評級為D或E，形勢相當嚴峻，如應對措施不當或不到位，會導致船舶強制步入淘汰序列。

圖5  ABS/克拉克森統(tǒng)計的現有營運船CII評級概況

根據某15k級大型集裝箱船相關數據，基于2026年之后每年的折減率依舊遞增2%，表2計算了在不同航速下分別使用HFO、LNG和甲醇作為燃料時，不同年份CII的評級情況。

表2  某15k級大型集裝箱船CII評級現狀

從表2計算的趨勢可以看出，使用傳統(tǒng)油燃料的新建船舶只能在短期內滿足CII評級，營運船短期內滿足CII評級最為有效的方式是降航速。雖然降速營運能夠在中短期有效改善CII評級，但降速營運會導致船隊運力降低，要保證同等運力，船隊需要擴編，由此會導致單船CII評級達標，然而船隊CO2排放總量未減反增。因此，通過降速營運雖然短期內能滿足CII評級，但并不能從根本上解決CO2排放問題。長期內滿足CII評級最為根本的方式是采用低碳/零碳燃料取代常規(guī)化石燃料，從燃料的全生命周期來評估碳排放，低碳/零碳燃料還應具有綠色特性，即從生產、運輸到使用環(huán)節(jié)全產業(yè)鏈流程中都沒有額外的CO2排放，如使用綠甲醇、綠氨和綠氫等。

隨著2023年碳強度指數的強制生效，采用傳統(tǒng)化石燃料且高航速的船舶，CII評級都不會太樂觀。為滿足年趨嚴格的CII評級要求，船隊更新升級將加速，船公司需要通過淘汰老舊船舶或進行燃料更新及節(jié)能改裝來提升船隊的生命力。

船舶綠色低碳化可實施路徑

為應對日趨嚴格的碳排放要求，短期來講，對現有營運船舶降速營運或在2026年前進行節(jié)能改裝會是比較合適的辦法，同時船東也優(yōu)化船隊營運管理，并對新的低碳/零碳燃料供應體系進行長期規(guī)劃；中期則主要是通過使用低碳/零碳燃料，輔之以增加節(jié)能裝置及節(jié)能系統(tǒng)來應對；長期規(guī)劃則以使用零碳燃料為主，同時輔之以節(jié)能裝置及節(jié)能系統(tǒng)。整體上遵循先低碳后零碳，先小型船后大型船的規(guī)劃目標。

圖6為國際海事組織發(fā)布的船舶溫室氣體減排方式及效果預估圖，從圖中各種方式對溫室氣體減排貢獻度來看，通過船隊管理創(chuàng)新，航程優(yōu)化，節(jié)能設備的應用，新型動力裝置的應用等都可以實現降低溫室氣體排放，而新型低碳/零碳燃料的應用可以從根本上解決船舶碳排放的合規(guī)性問題，尤其是生物燃料以及綠色低碳/零碳燃料的應用將徹底實現船舶溫室氣體零排放或凈零排放。

圖6  船舶溫室氣體減排方式及效果預估

隨著減碳力度的逐步加大，船舶燃料的低碳化/零碳化升級是解決減碳的最終途徑。圖7以15000TEU級大型集裝箱船為例，基于2026年之后每年的折減率依舊遞增2%，分析了船舶使用不同燃料時，CII評級為E的年限范圍。從分析結果可以看出，低硫燃油即將面臨窘迫的境地，在2023年后CII評級就會不達標了，短期需要通過降速營運或增加節(jié)能裝置來達到減少碳排放的目的。LNG雖然減碳效果好，但生產過程耗能高，且因產地和運輸原因無法貼上綠色標簽，在2038年后船舶CII評級也會出現不達標的情況，所以綠色低碳船舶發(fā)展的最終出路是使用綠色標簽化的綠甲醇和綠氨作為未來船舶的燃料。

圖7  15000TEU級大型集裝箱船不同燃料的CII評級為E的年限

船舶裝備層級減碳研究

節(jié)能即是減少燃料消耗量，也可以達到減少CO2排放的目的。對船舶裝備層級進行減碳研究，實際上是對節(jié)能裝備的應用研究，主要包含研究不同裝備給CO2減排帶來的收益；制定節(jié)能設備相關的標準；通過數字化運維來保證節(jié)能裝備的可靠性和可用性；以及通過建設智能化航運體系來合理規(guī)劃航線航速以降低CO2排放等。

1、節(jié)能裝備貢獻度評價體系建設

節(jié)能裝備貢獻度評價體系建設對新船設計及營運船改裝有著重要意義，節(jié)能裝備的落地應用有利于降低船舶燃料消耗，提高船舶燃料使用效率，可直接對減碳提供積極貢獻。節(jié)能裝備的種類很多，如前置預旋導輪，槳轂消渦鰭，伴流補償導管等船體節(jié)能裝置，空氣潤滑系統(tǒng)，風帆發(fā)電裝置，軸帶發(fā)電機，燃燒前/后碳捕捉與收集利用系統(tǒng)（CCUS），余熱回收裝置（WHR）等，每種節(jié)能裝備對船型有著不同的適應性，不同節(jié)能裝備對減碳的貢獻率也不一樣，通過建立節(jié)能裝備貢獻度評價體系，建立節(jié)能裝備對船型的適應性和貢獻度模型，為新船選用及營運船進行節(jié)能改裝提供理論依據。

對船舶裝備層級的減碳研究，還應加強對高效槳/舵、導風墻等新型節(jié)能裝備以及低流阻線型、高效防污漆、低風阻上層建筑等新型節(jié)能技術的研發(fā)，并盡早實現產品化并落地應用。

2、船舶機電設備能效評定體系建設

船舶機電設備眾多，日常耗電量占比大，提高機電設備能效可降低船舶電站裝機功率，從而可直接降低CO2排放總量。對大功率持續(xù)運轉的機電設備，積極推進變頻調節(jié)系統(tǒng)的應用。對船舶廢氣余熱，缸套水熱量等進行綜合利用與分配。利用數值模擬等方法優(yōu)化現有系統(tǒng)設計及設備選型，減輕空船重量。

通過船舶機電設備能效評定體系的建設，可以逐級分解能效要求，從系統(tǒng)級節(jié)能分解至設備級節(jié)能管理，對于能效評級要求較高的船舶，優(yōu)先選用能效等級較高的機電設備，參照陸用電氣設備能效分級標準，可將船舶機電設備分為如下5個等級：

等級1：行業(yè)先進水平，能耗最低；

等級2：能耗較低；

等級3：行業(yè)平均水平；

等級4：低于平均水平；

等級5：市場準入指標。

市場準入機制的建立將促使船舶機電設備去高能耗化，從船舶裝備層級積極推進船舶向著綠色低碳化發(fā)展。

目前，國際標準化組織船舶與海上技術委員會正在編制船用設備能效標準（ISO 8933），該項標準涉及的船用設備包括壓力/流體、照明、加熱/冷卻、機械和推進共5類組件與功能系統(tǒng)，通過描述輸入輸出定義、邊界定義、計算方法、測量方法和計算示例開展標準研制，得到輸出能量和輸入能量的比值確定設備的能效水平，以此作為衡量船舶設備能效等級的標準。

3、船舶數字化運維體系建設

節(jié)能裝置將成為實現船舶綠色低碳化發(fā)展的重要途徑，其可靠性及可用性對船舶未來的碳強度評級起著相當重要的作用。一旦節(jié)能裝置故障或失效，其不僅只是影響營運經濟性，還可能直接導致CII評級的降低，甚至停航整改。例如：大型遠洋貨船上配置的大功率軸帶發(fā)電機是利用主機儲備功率進行發(fā)電，一般采用抱軸式設計，其利用了低速推進主機和中速發(fā)電機燃油消耗率的差異，對減碳有著積極貢獻。軸發(fā)一般性故障會導致發(fā)電失效，實船減碳功能缺失，影響下一年度的CII評級，同時這種抱軸式軸發(fā)的轉子是船舶傳動軸系的一部分，轉子或定子檢修會要求拆傳動軸而導致船舶停航，影響船舶營運。軸發(fā)嚴重故障時會導致船舶推進系統(tǒng)失效，給船舶帶來失去動力的安全問題。

船舶數字化運維是驗證系統(tǒng)及設備可靠性和可用性的重要手段，利用數字化運維及協(xié)同仿真技術對節(jié)能裝置進行可靠性分析，提升其可用性，同時通過數字孿生技術對營運風險進行管控，對節(jié)能裝置中的易損件進行壽命分析與保養(yǎng)規(guī)劃，保證其在設計范圍內的持續(xù)可用性，這也是對碳排放合規(guī)性的基本保障。

4、智能化航運體系建設

在2021年6月到 2022年5月期間，全球港口擁堵狀況相對嚴重，擁堵和滯航情況下船舶航程為零，但船舶依舊在排放CO2，由此會導致更惡劣的CII評級。

通過建立智能化航運體系，基于物聯網及AIS大數據對“堵船”時間和港口作業(yè)能力進行實時分析計算，結合氣象衛(wèi)星等數據對船隊航線，航速進行智能規(guī)劃，避免出現“堵船” 或滯留，減少CO2的排放。此外，還可通過智能化航運體系優(yōu)化船隊管理，優(yōu)化物流及船只分配，按年度CII評級目標及物流需求實時優(yōu)化調整船舶航線、航速，確保船舶長期處于經濟點運行，降低全船油耗。

船舶燃料層級綠色化研究

對單船降碳來講，降速營運是現階段提升CII評級最為有效的方法之一，會給船東帶來營運上的限制，只能作為短期內應對碳強度指數的有效方式，不能從本質上解決問題，不具有可持續(xù)發(fā)展的特性。對于船隊來講，運輸量的需求和實效性不變，降速意味著船隊需要擴容，需要更多的船營運來完成高航速時期相同的運輸量，由此降速營運僅僅只是解決了單船碳強度指數評級的問題，站在船隊管理的角度，CO2的排放總量并沒有減少，這也背離了CII評級的初衷。從長期來看，我們需要從CO2來源的本質上，從船用燃料體系上在全產業(yè)鏈范圍內解決碳排放的問題。

表3  主要船用燃料特性分析表

如表3所示，不同燃料生成CO2的比率不同，表中以MGO為基準，從存儲條件、低熱值、能量密度、重量率、體積率及減碳率等方面比較了主要船用燃料間的特性。使用傳統(tǒng)油燃料的新建船舶只能在短期內滿足碳強度指數評級，從表中的減碳率數據可以看出：采用低碳/零碳燃料可以從本質上減少CO2排放量，隨著全球溫室氣體總量控制的逐步向前推進，燃料本身需要從全生命周期內考慮CO2的排放量，低碳/零碳及碳中和燃料的使用必將是未來船舶燃料發(fā)展的趨勢，船舶燃料也必將綠色化標簽化。

以甲醇生產工藝流程為例，從燃料本身的全生命周期考核零碳排放，就需要獲得燃料的綠色屬性，即利用生物質或風能、太陽能等可再生能源發(fā)出的電來生產、儲運的甲醇燃料即為綠甲醇，其典型特征就是在生產和儲運過程中沒有額外的CO2排放，甲醇典型生產工藝及顏色標簽如圖8所示。

圖8  甲醇典型生產工藝及顏色標簽

船舶燃料體系建設包含燃料庫、燃料特性、艙容及艙型規(guī)劃、船型適用性及全生命周期減碳貢獻評價體系等。船舶燃料的減碳/零碳是對船用燃料的革新換面，必然在很長一段時間內出現多燃料并存的局面，燃料選擇時，我們需要將燃料綠色標簽化，從石化燃料逐漸轉向生物燃料及零碳燃料，并在船舶燃料使用過程中考慮其高效化使用。船舶燃料體系中對燃料的選擇除考慮燃料自身的物理和化學特性外，燃料的儲存條件是否苛刻，燃料的能量密度是否較低而需要更大的容積空間，燃料的費用以及價格的穩(wěn)定性，以及燃料自身的環(huán)保安全因素和裝船技術的成熟度等因素也都是必須要評估的。除此之外，燃料的可獲得性，加注儲存的便利性，供給系統(tǒng)的復雜性，是否需要尾氣后處理，規(guī)范的成熟度以及對減碳的貢獻等也是必須要考慮的。

從表3可以看出，在表中所有船用燃料中，LNG的減碳效果最好，相對于MGO燃料，可以減少碳排放23.69%。但甲烷作為LNG的主要成分，其溫室氣體效應是CO2的20多倍，甲烷的逃逸弱化了LNG燃料的減碳效果，并且LNG一般為液態(tài)運輸，儲運溫度較低，其液化、儲運及氣化使用過程中需要花費大量的能量，全生命周期內減碳并無優(yōu)勢。此外，LNG價格受地緣政治影響大，LNG圍護系統(tǒng)及燃氣供應系統(tǒng)復雜且成本高，全生命周期難有綠甲烷，這些因素決定了LNG不能成為船舶終極燃料，但會在較長一段時間內存在。

甲醇作為低碳燃料，減碳效果雖不如液化氣，但其最大的優(yōu)點是可常溫儲存，易于運輸，并且綠甲醇可規(guī)�；�生產，是繼LNG燃料之后又一受到市場青睞的船用新型低碳替代燃料。

氫雖是零碳燃料，也可用可再生能源電解水制取綠氫，但液氫存儲溫度極低，對存儲材料及絕熱要求極高，其液化需要的能量占燃燒釋放能量的約30%，即使是液態(tài)儲存，所需的燃料艙容積也是MGO的近4.5倍。并且氫燃料內燃機尚不成熟，燃料電池輸出功率有限，當前難以作為能源進行規(guī)�；瘧�用。

氨作為零碳燃料，存儲和應用比氫便利，綠氨也可以通過綠氫制備，同時也可以作為載體運輸綠氫，未來應用前景較好，是一種較為理想的零碳燃料，氨有毒性，相對于MGO需占用約2.3倍的重量以及3.31倍的容積，會導致貨物裝載量及貨艙容積減少。氨作為船用未來型零碳燃料，機遇與挑戰(zhàn)并存。

表4  主要船用燃料可用性及技術成熟度對比

表4從可獲得性、加注存儲便利性、供給系統(tǒng)復雜性、能量密度、尾氣處理、價格、規(guī)范成熟度及減碳表現等方面，對主要船用燃料進行了綜合比較，減碳表現較好的燃料為未來型燃料。碳排放日趨嚴格，而未來型燃料現階段并不成熟，中期仍會以LNG及甲醇等低碳燃料為主，電池技術及氨燃料為輔，通過降速營運，增加節(jié)能裝置及節(jié)能系統(tǒng)等方式來實現碳排的合規(guī)。現有新船設計應提供未來型燃料改裝/換裝的最大便利性，包含規(guī)劃好燃料艙型式、布置位置、容積大小，燃料處理間位置及空間，燃料輸送管路布置，機艙設備升級預留空間及額外消防設備等。此外，不同船東對未來型燃料的期許不同，深入了解船東未來燃料路線規(guī)劃及燃料供應鏈，對未來型燃料的改裝升級進行針對性升級預留。

1、氨作為未來型船用燃料的機遇

陸上的石化和化肥工業(yè)在生產和使用氨方面已經具備豐富經驗，氨有完備的貿易和運輸體系，氨作為船用制冷劑的應用也較為廣泛，這也為促進氨作為航運燃料奠定了良好的應用基礎。

《國際散裝運輸液化氣體船舶構造和設備規(guī)則》（IGC規(guī)則）對氨的運輸安全做了較為具體的規(guī)定，為海洋領域使用碳錳鋼或低鎳鋼材制造的氨儲存艙提供了支撐�！妒褂脷怏w或其它低閃點燃料船國際安全規(guī)則》（IGF規(guī)則）對LNG等低閃點燃料的應用安全提供了完整的要求，LNG的成功應用為氨作為船舶燃料奠定了良好的應用基礎。與LNG及LH2等氣體燃料相比，氨在常溫大約1.7MPa的壓力下或常壓-33.5℃的溫度下能以液化狀態(tài)儲存是一個重大優(yōu)勢，可以在碳錳鋼或低鎳鋼中儲存，燃料圍護系統(tǒng)更簡單更便宜。

當前國內外多家企業(yè)已就氨燃料動力船進行積極布局，已有多型氨燃料動力船設計取得了各大主流船級社的原則性認可（AIP）證書，以更好地與適應未來氨燃料動力船市場。與此同時，國內已有多家氨燃料處理和供應系統(tǒng)集成商也取得了大主流船級社的原則性認可證書。一旦氨燃料供應鏈配套完整并規(guī)模化應用，隨著氨燃料法規(guī)的明確以及溫室氣體減排力度的加大，氨燃料裝備也將愈加成熟，氨燃料動力船將很快市場化。

2、氨燃料船用化面臨的挑戰(zhàn)

作為一種未來型綠色無碳燃料，氨的實船化應用中存在著其自身物性帶來的風險以及法規(guī)/標準/規(guī)范不完善、產業(yè)鏈供應體系不完善、裝備配套體系不成熟等挑戰(zhàn)。

氨自身物性帶來的風險主要有：

(1)低溫特性：常壓下-33.5℃液化存儲;

(2)高壓特性：45℃時1.7MPa液化存儲；

(3)燃燒特性：燃燒速度慢，熱值低，點火能量高，需要使用燃油輔助燃燒；

(4)腐蝕性：在有水份存在的情況下，氨會與銅、黃銅、鋅和其他合金發(fā)生反應并產生腐蝕；

(5)毒性及強刺激性。

其中最值得關注的是氨的毒性和強刺激性，一旦泄漏可對船員造成人身傷害，嚴重時甚至會導致死亡。由于氨的熱值低，供給壓力高，對氨燃料供給的穩(wěn)定性和壓力波動要求都比較高�；�于相同的續(xù)航能力，氨燃料所需的容積是MGO的約3.31倍，占用的載重量是MGO的2.3倍，會直接導致貨物裝載量及貨艙容積的減少。氨的燃燒特性決定了其對引燃油的依賴性。

法規(guī)/標準/規(guī)范方面，氨作為船用燃料尚無法規(guī)可循，IGC規(guī)則已明確有毒貨品的貨物不允許用作燃料， IGF規(guī)則尚沒有針對氨燃料的安全規(guī)則；氨作為船用燃料尚無標準可依，船用燃油有國際標準ISO 8217《國際船舶燃料油規(guī)范》，LNG作為船用燃料有國際標準ISO 23306《船用液化天然氣燃料規(guī)范》；氨作為船用燃料尚無規(guī)范可查，目前船級社僅發(fā)布了船舶應用氨燃料的指導性文件。此外，IGC規(guī)則和IGF規(guī)則對A型/B型獨立艙要求設置的次屏壁是防止低溫貨物和燃料泄漏造成對船體結構的破壞，而次屏壁的設置對氨毒性的防護效果并不明顯。

產業(yè)鏈供應體系方面，在供給側，我國是全球氨生產大國，每年生產約0.6億噸，占全球產能（2.35億噸）的1/4左右；在需求側，目前全球航運業(yè)每年消耗的常規(guī)殘渣燃料（HFO）和餾分燃料（MDO/MGO）約為2.85億噸，折合氨的需求量約為8.55億噸，氨產業(yè)鏈供應側和需求側的產能需求矛盾較大，這種供需矛盾會影響氨燃料產業(yè)鏈的布局，阻礙氨燃料的船用化發(fā)展進程。常規(guī)工藝每噸合成氨產生1.8噸CO2，考核全生命周期碳足跡，船舶采用灰氨減碳并無優(yōu)勢，采用可再生能源合成綠氨才是綠色低碳船舶發(fā)展的根本，可再生能源的規(guī)模及合成效率決定了綠氨燃料的使用成本，規(guī)模越大，合成效率越高，綠氨的使用成本就越低。

裝備配套體系方面，大容量氨儲存艙在LPG船應用較為成熟，在普通貨船上的應用并非易事，貨損、經濟性、空重、穩(wěn)性、強度、艙型、專利排查、可維護性、施工便利性、成本、材料、支撐結構、低溫防護、毒性及可燃氣體探測、貨物蒸氣處理、燃料供應系統(tǒng)、燃燒的穩(wěn)定性、消防、通風、透氣、危險區(qū)劃分、風險評估等都需要集中考慮。對于氨燃料處理和供應系統(tǒng)，毒性是最值得注意的安全隱患，氨燃料的泄漏防護、監(jiān)測、處置等各項風險須降低至合理水平。雖毒性可控，但與常規(guī)和低閃點燃料及液化氣船相比，應用氨燃料會增加船舶設計的復雜性。此外，適用于氨燃料動力船的液氨燃料泵/增壓泵，氨蒸氣壓縮機等核心裝備當前尚不成熟。在氨燃料動力系統(tǒng)方面，船用氨燃料電池的技術成熟度有待提升，氨燃料電池尚不能滿足大型遠洋船裝機功率的需求，適用于近海及內河船；船用氨燃料內燃機正在緊張研發(fā)中，氨燃料的毒性和腐蝕性對內燃機關鍵部件材質要求較高，采用OTTO循環(huán)的內燃機存在固有的氨燃料泄漏，采用Diesel循環(huán)的內燃機燃料供給壓力較高，如圖9所示的氨燃料內燃機研發(fā)概況，氨燃料內燃機將在2023年至2025年間推向市場。相對于常規(guī)燃油內燃機，氨燃料內燃機的功率降比天然氣燃料內燃機更大，需要更多的引燃油，引燃油耗量的增加削弱了氨作為零碳燃料的優(yōu)勢。此外，氨燃料內燃機最低運行負荷較高(~30%)，低負荷下采用燃油模式也將弱化氨作為零碳燃料的優(yōu)勢。

圖9  氨燃料內燃機研發(fā)概況

氨燃料作為未來型零碳燃料，燃燒產物中雖然沒有CO2，但可能會產生溫室氣體效應是CO2近300倍的一氧化二氮（N2O）。在氮排放控制區(qū)，氨燃料內燃機排放的煙氣除了要控制NOx含量，配置EGR或SCR等尾氣后處理設備外，還要增加針對N2O的尾氣后處理設備，因此氨燃料內燃機需要更為復雜的尾氣后處理設備，增加了船舶系統(tǒng)的復雜性。

綜上所述，綠色低碳船舶發(fā)展的趨勢是燃料從低碳到零碳的逐步過渡，燃料本身呈現綠色標簽化趨勢以滿足全生命周期內的零碳排放。綜合比較各種燃料特性及可獲得性等參數后，確立氨燃料是實現航運業(yè)減碳的重要技術途徑，氨燃料產業(yè)鏈具備全生命周期內零碳排放的綠氨生產路徑，綠氨燃料動力船能夠從本質上滿足未來日趨嚴格的碳排放要求，氨燃料船型的研發(fā)符合未來市場需求和技術發(fā)展趨勢，是國際綠色替代燃料船型的新賽道。完善綠氨產業(yè)鏈，促進全產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，船舶與儲能，能源化工等行業(yè)緊密融合，將綠氨規(guī)模化、高效化、低成本化，攻克氨燃料供給系統(tǒng)，氨燃料動力裝置及尾氣后處理等關鍵技術，牽引相關設備研制及落地應用，積極進行產業(yè)布局，制定氨燃料應用規(guī)范及標準來提升應用安全性，將創(chuàng)新技術標準化、專利化，搶占市場先機提升綠氨產業(yè)國際競爭力。

與此同時，船舶設計及建造正加快腳步向著數字化轉型，向著智能化發(fā)展。利用數字化、智能化賦能船舶脫碳轉型，聚焦行業(yè)前沿重點難點，全產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，從燃料供給側到設備配套端，從設計總裝側到船東用戶端，管理端的數據共享大協(xié)作，提升關鍵系統(tǒng)及設備的可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性及環(huán)境適應性，積極促進未來低碳及零碳船型的研發(fā)與迭代升級，從跟跑，并跑到領跑，以科技化方式積極推進海洋強國的戰(zhàn)略目標。