圖源/三菱重工

隨著“零碳意識”的加強，對于工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳的捕集、存儲成為各行業(yè)的要務，海事界對液態(tài)二氧化碳(LCO2)運輸船的關(guān)注也提升到了前所未有的全新高度。而為滿足綠色航運需求，很多綠色技術(shù)也應用其中。

迅速進入大型化陣列

2024年4月，中國船舶集團有限公司旗下大連船舶重工集團有限公司(簡稱大連造船)為殼牌(Shell)、道達爾能源(Total Energies)和Equinor聯(lián)合成立的合資公司北極光(Northern Lights)建造的全球首制7500立方米LCO2運輸船1號船、2號船出塢。正式交付后，兩船將應用于歐洲二氧化碳捕集及儲存計劃，收集歐洲工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳，運至挪威西海岸地區(qū)二氧化碳接收端碼頭加以處理后，注入海底地下2600米處永久封存。

繼Northern Lights在大連造船訂購2艘7500立方米LCO2運輸船后，2023年9月和12月，大船海工再獲2艘分別來自Northern Lights和貝仕集團(Schulte Group)的同型船訂單。作為全球首批專業(yè)服務于海上二氧化碳運輸與碳捕集及存儲業(yè)務的船舶，這些運力將為解決陸地二氧化碳排放做出積極示范。

上述4艘7500立方米LCO2運輸船由大連造船自主設(shè)計完成，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，總長約130米、型寬21.2米、結(jié)構(gòu)吃水8米，配置由江蘇華滋能源工程有限公司(簡稱華滋能源)自主研發(fā)的中壓低溫獨立C型貨罐，單罐艙容3750立方米，設(shè)計壓力19barg，可耐零下35攝氏度低溫，滿足船舶在北歐寒冷地區(qū)的航行需要。華滋能源采用實體有限元單元對貨罐進行疲勞分析，此外聯(lián)合相關(guān)企業(yè)開發(fā)專用高強鋼板和配套焊接材料，精心制定的焊接和熱處理工藝滿足了相關(guān)船級社對裂紋尖端張開位移(CTOD)值的最嚴苛要求。該型船舶主機配置液化天然氣(LNG)與船用輕柴油(MGO)兩種燃料，高壓燃氣供應系統(tǒng)(FGSS)配套主甲板布置的2個250立方米LNG燃料罐以滿足綠色低碳航行需求，船舶硫氧化物和氮氧化物排放水平也滿足能效設(shè)計指數(shù)(EEDI)第三階段要求。

除可使用清潔能源外，融入清潔技術(shù)解決方案也是一種可以最大限度實現(xiàn)船舶綠色航行、降本節(jié)能的途徑。據(jù)悉，這4艘船舶除裝有空氣潤滑系統(tǒng)外，還配備由挪世航力(Norsepower)研發(fā)的筒轉(zhuǎn)帆。

除了為7500立方米LCO2運輸船設(shè)計的貨罐，華滋能源還成功開發(fā)了更大艙容的低壓貨罐解決方案，例如12000立方米雙葉貨罐和30000立方米貨罐已獲船級社頒發(fā)的原則性認可(AiP)證書。華滋能源去年還與相關(guān)方簽訂大型LCO2運輸船液貨艙用特種材料研發(fā)協(xié)議，通過材料研究、設(shè)計創(chuàng)新、焊接工藝突破等基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)，為20000立方米、40000立方米、80000立方米等各尺度船舶提供可行的關(guān)鍵儲運貨艙方案。

而大型LCO2運輸船市場正是一個全新且競爭激勵的領(lǐng)域。

去年年底，大連造船在第21屆中國國際海事技術(shù)學術(shù)會議和展覽會上正式發(fā)布12000立方米及20000立方米LCO2運輸船船型設(shè)計，并獲船級社頒發(fā)的AiP證書。12000立方米LCO2運輸船在實船產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行擴容升級，在保持中壓儲艙技術(shù)優(yōu)勢前提下，顯著提升船舶運輸能力，其儲艙和液貨系統(tǒng)技術(shù)成熟、船型尺度適中、適港性強，市場優(yōu)勢明顯。20000立方米LCO2運輸船是大連造船以新型高強度低溫鋼和貨物系統(tǒng)為突破口，成功研發(fā)的低壓船型，為LCO2運輸船的大型化發(fā)展提供了全新路徑。

低壓設(shè)計為LCO2運輸船大型化提供了空間。船舶大型化非常重要，大艙容LCO2運輸船不僅可以更有效地運輸二氧化碳，還能減少航行次數(shù)、提高整體效率。結(jié)合應對氣候變化和有效實施碳捕獲所需的二氧化碳運輸規(guī)模來看，這一點非常重要。睿咨得能源(Rystad Energy)預測，到2030年，市場需要一支由55艘LCO2運輸船組成的船隊來滿足未來碳捕集、利用與封存(CCUS)項目所需。

中國船舶集團有限公司旗下中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院最新研發(fā)的40000立方米LCO2運輸船正是瞄準了日趨增長需求。這艘新一代大型LCO2運輸船專業(yè)服務于CCUS項目，總長239米、型寬30米，配置LNG雙燃料主機和軸帶發(fā)電機，液貨系統(tǒng)采用創(chuàng)新的低壓方案，同時可兼容運輸液化石油氣(LPG)和氨，具有較好的營運靈活性和經(jīng)濟性。隨著CCUS作為碳中和的有效手段而持續(xù)受到高度關(guān)注，這艘40000立方米LCO2運輸船的成功推出一定會吸引更多船東的極大興趣。

已獲全球最大型船訂單

今年4月，世進重工(Sejin)展示了一組總艙容22000立方米的貨罐，這對貨罐將安裝在希臘船東Evangelos Marinakis旗下公司Capital Maritime訂造的22000立方米LCO2運輸船上。

去年7月，HD現(xiàn)代旗下HD韓國造船海洋(HD KSOE)與Capital Maritime簽訂2艘22000立方米LCO2運輸船建造合同，今年2月，又追加2艘同型船訂單。這是目前全球船廠手持LCO2運輸船訂單中的最大型船，該系列船采用新型鋼材料制造的C型貨罐，船長159.9米、型寬27.4米、型深17.8米，除LCO2外，還可運輸LPG、氨和氯乙烯單體(VCM)等多種液化氣體貨物等多種液化氣貨物。HD現(xiàn)代尾浦計劃于2025年下半年陸續(xù)交付該系列船舶。

為滿足減排要求，這4艘LCO2運輸船采用氨燃料預留設(shè)計，以便未來轉(zhuǎn)換為氨燃料，從而實現(xiàn)碳中和運營。另悉，Capital Maritime目前還在參與HD現(xiàn)代尾浦進行的30000立方米LCO2運輸船項目研發(fā)。

為適應未來不同商業(yè)模式的市場運輸需求，HD KSOE其實在幾年前就與相關(guān)方開始共同研發(fā)中壓12000立方米、低壓22000立方米和30000立方米LCO2運輸船，并獲40000立方米LNG雙燃料LCO2運輸船AiP證書。2022年6月，HD現(xiàn)代對貨物存儲和操作系統(tǒng)進行升級，與相關(guān)方合作開發(fā)的74000立方米LNG雙燃料LCO2運輸船獲AiP認證，該船船長約284米、型寬約42米，不僅大幅提升了其載貨量，而且適航于全球多座港口。

除HD現(xiàn)代外，韓華海洋和三星重工也較早進入40000立方米或更大型LCO2運輸船領(lǐng)域。

2023年5月，由大宇造船(DSME)負責船舶基本結(jié)構(gòu)設(shè)計及貨物裝卸系統(tǒng)概念設(shè)計的40000立方米LCO2/液氨運輸船獲得船級社頒發(fā)的AiP證書。這是大宇造船繼完成12500立方米和70000立方米LCO2運輸船設(shè)計后，在LCO2運輸船建造領(lǐng)域的又一代表作。4個月后，已完成更名的大宇造船(即韓華海洋)與希臘船東Ecolog、英國巴布科克(Babcock)液化氣體解決方案供應商Babcock LGE簽訂聯(lián)合開發(fā)40000立方米LCO2/液氨運輸船協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，簽約方針對船舶航行過程中產(chǎn)生的溫室氣體進行最小化排放方案研究，以開發(fā)更具市場競爭力的LCO2運輸船。12月，在完成低壓二氧化碳貨物運營系統(tǒng)實證測試后，韓華海洋自主研發(fā)的LCO2/液氨運輸船貨運系統(tǒng)、LCO2運輸船再液化系統(tǒng)和船載二氧化碳捕集系統(tǒng)(OCCS)獲得船級社頒發(fā)的AiP證書。

而為了更早服務CCUS項目，2021年，當時的大宇造船還與合作伙伴著手研發(fā)了艙容70000立方米LCO2運輸船，這使其成為全球首次正式公開開發(fā)超大型LCO2運輸船的船企，在此之前，該船企甚至還曾對10萬立方米LCO2運輸船船型進行過概念性研究。

2023年6月，三星重工推出的一型40000立方米LCO2運輸船獲得船級社頒發(fā)的AiP證書，該型船優(yōu)化了貨載空間和船舶性能，采用適用于大型罐體的高強度低溫材料獨立雙葉C型貨罐，以確保其在低溫環(huán)境下也能有足夠的強度和耐久性，再液化系統(tǒng)可將汽化的二氧化碳冷卻并送回罐中。LCO2密度高于LNG，因此需要對貨艙、儲罐和支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全進行更深入驗證。為該船出具AiP證書的船級社通過評估高壓力區(qū)域的結(jié)構(gòu)強度和疲勞強度分析，證明了該型LCO2運輸船的安全可靠性。

交付全球首艘CCUS項目用船

雖然中國和韓國在大型LCO2運輸船研發(fā)方面處于領(lǐng)先，但全球首艘專用于CCUS項目的LCO2運輸船實船卻來自日本。

2021年初，新來島造船(Sanoyas)與其合作伙伴上野(Transtech)共同推出的LCO2運輸船取得全球首個該類船AiP證書。該船型在二氧化碳貨艙前配備一個專門用于二氧化碳壓入的系統(tǒng)，可滿足海床封存需求，主推進系統(tǒng)采用雙軸全回轉(zhuǎn)推進方式，船尾設(shè)計為可以減少船體阻力的Buttock-Flow型，既滿足海上進行二氧化碳封存作業(yè)所需的位置穩(wěn)定要求，又保證了適合遠洋航行的推進性能。

2023年11月，由三菱重工集團旗下三菱造船建造的世界上第一艘用于CCUS項目的LCO2運輸試驗船“EXCOOL”交付。“EXCOOL”船長約72米、型寬約12.5米、吃水4.55米，艙量1450立方米。該船船東為山友汽船，是日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省下轄新能源產(chǎn)業(yè)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)“CCUS研究開發(fā)和示范項目/苫小牧CCUS大規(guī)模示范試驗/二氧化碳運輸示范試驗/二氧化碳船舶運輸相關(guān)技術(shù)開發(fā)及示范試驗”項目的一部分，由共同實施NEDO項目的GAS LINE租賃，通過二氧化碳運輸示范試驗收集和分析運行數(shù)據(jù)，以幫助日本更好地參與未來CCUS項目和二氧化碳海上運輸，建立大艙容、長距離的LCO2海運技術(shù)。

除“EXCOOL”外，三菱造船還與商船三井合作完成了LCO2/液氨運輸船概念研究，從而滿足市場對這兩種液貨運輸?shù)脑鲩L需求。隨著船舶綠色化發(fā)展，氨將被廣泛應用于燃料，而LCO2運輸船則會在CCS和CCUS價值鏈中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。三菱造船與商船三井的合作項目可在去程時運載液氨，返程時運載液態(tài)二氧化碳，較常規(guī)單一特定液體貨物運輸船返程空載情況而言，該船全航程運輸效率優(yōu)勢明顯。據(jù)悉，該LCO2/液氨運輸船艙容約50000立方米。

在此基礎(chǔ)上，三菱造船、日本造船、三井物產(chǎn)和三菱商事就遠洋LCO2運輸船開展合作研究簽署諒解備忘錄，旨在通過二氧化碳的大規(guī)模海上運輸來完成將從2028年起在日本啟動二氧化碳捕集與封存(CCS)項目。目前日本造船已開始與三菱造船討論聯(lián)合開發(fā)項目，首船訂單或于2027年下水。

除此之外，商船三井還與馬來西亞合作伙伴就在亞太地區(qū)推進LCO2運輸船的商業(yè)化部署簽署協(xié)議，未來面向不同營運場景投入14000立方米和87000立方米LCO2運輸船。

三菱造船與日本郵船聯(lián)合開發(fā)的LCO2運輸船也已獲得船級社頒發(fā)的AiP證書。同樣，這艘LCO2運輸船也在去程將氨運至相應的火力發(fā)電廠，返程再將火力發(fā)電廠排放的二氧化碳運送到指定的存儲地點。

與日本相似，歐洲也對服務于CCUS的LCO2運輸船有更多需求。北歐地區(qū)CCUS項目頗多，因此出現(xiàn)了專門為歐洲水域航行設(shè)計的新型LCO2運輸船。

丹麥船舶設(shè)計公司Knud E Hansen設(shè)計的LCO2運輸船采用C型貨罐和高效的氣體再液化技術(shù)，配備2臺雙艉鰭對轉(zhuǎn)螺旋槳推進系統(tǒng)設(shè)計，不僅大幅節(jié)省燃料、提高效率，船舶動力定位系統(tǒng)還有助于保持位置穩(wěn)定。不久前，德國內(nèi)河航海企業(yè)HGK Shipping也宣布為歐洲水道建造一種新型LCO2/液氨運輸船，該船船長約135米、型寬約17.5米，液貨裝載量明顯大于目前歐洲內(nèi)河水域同尺度氣體運輸船。重要的是，這艘LCO2/液氨運輸船具備還采用了氨預留設(shè)計，這讓負責全球工業(yè)綠色化的載體有了更綠色的體現(xiàn)。

需要說明一點，中壓方法液化雖可與很多碼頭的儲存設(shè)施兼容，但是這種選擇對船舶設(shè)計造成一些限制，導致貨載總量變小，進而增加船舶尺寸。這對于運輸需求高且通航水域復雜的國家或地區(qū)而言，效率顯然不佳。

需求相似者因此有了更廣泛合作，尤以日本郵船眼界更廣。2022年，日本郵船與挪威船舶運營商Knutsen成立合資公司Knutsen NYK Carbon Carriers(KNCC)，利用Knutsen開發(fā)的PCO2貨罐系統(tǒng)(后由KNCC升級為LCO2-EP貨罐系統(tǒng))在全球范圍內(nèi)進行液化二氧化碳海上運輸和存儲的商業(yè)開發(fā)。相關(guān)資料顯示，LCO2-EP貨罐系統(tǒng)基于氣瓶型二氧化碳密封系統(tǒng)，在環(huán)境溫度0-10攝氏度和高達40巴壓強的情況下將二氧化碳下儲存在垂直堆疊的較小直徑管段中，而非低溫儲存于大型貨罐。這可降低了壓力變化風險，從而避免干冰形成，并消除部分或滿載工況下的晃蕩效應。由于不需要冷卻到低溫，LCO2-EP貨罐系統(tǒng)使二氧化碳在封存之前更容易得到處理。另外這種概念具有可擴展性，在運載量方面提供了很大靈活性，未來或?qū)⒅�力LCO2運輸船市場進一步發(fā)展。