在航運(yùn)業(yè)尋求環(huán)保燃料的進(jìn)程中，氨已脫穎而出，成為一種極具前景的替代方案。下文將深入探討氨作為船舶燃料的多個(gè)維度，并就其審慎應(yīng)用提供專業(yè)洞見。

六大核心要點(diǎn)

氨在燃燒時(shí)不產(chǎn)生碳排放，是實(shí)現(xiàn)航運(yùn)脫碳的優(yōu)選方案，尤其以可再生能源制取（即“綠氨”）時(shí)，其環(huán)保優(yōu)勢(shì)更為凸顯；

安全為先：氨具有毒性與腐蝕性，其安全應(yīng)用離不開專門的處理系統(tǒng)與船員專業(yè)培訓(xùn)；

氨燃料能效低于傳統(tǒng)柴油，意味著船舶需配備更大容量的燃料艙，并可能面臨續(xù)航里程的制約；

現(xiàn)有船舶改裝雖具可行性，但新造船因其空間布局優(yōu)勢(shì)，更適合采用氨燃料動(dòng)力；

以Wärtsilä 25發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)及其配套安全系統(tǒng)為代表的氨燃料解決方案已步入商業(yè)化階段；

相關(guān)法規(guī)與加注基礎(chǔ)設(shè)施仍在完善中，但全球已有逾200個(gè)低碳氨項(xiàng)目正在積極推進(jìn)。

為實(shí)現(xiàn)國(guó)際海事組織（IMO）2050年凈零排放目標(biāo)，航運(yùn)業(yè)向清潔燃料轉(zhuǎn)型已刻不容緩。在諸多備選方案中，雖尚無(wú)明確領(lǐng)跑者，但氨憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已成為有力的競(jìng)爭(zhēng)者。

1.燃燒過程無(wú)二氧化碳、硫氧化物及顆粒物排放；

2.部分供應(yīng)鏈與基礎(chǔ)設(shè)施已初具規(guī)模；

3.可通過可再生能源制��；

4.在船儲(chǔ)存與運(yùn)輸相對(duì)便捷。

何為氨？

氨是一種具有強(qiáng)烈刺激性氣味的無(wú)色氣體，廣泛應(yīng)用于清潔產(chǎn)品、制冷系統(tǒng)及化肥生產(chǎn)。鑒于其在削減溫室氣體排放方面的巨大潛力，氨正迅速成為海運(yùn)業(yè)備受矚目的替代燃料。然而，氨在展現(xiàn)其環(huán)保優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，其毒性與易燃性亦是不容忽視的風(fēng)險(xiǎn)因素。

氨是如何生產(chǎn)的？

氨的合成，源于氮?dú)馀c氫氣在高溫、高壓及催化劑作用下的化學(xué)反應(yīng)。

何為棕色或灰色氨？

傳統(tǒng)氨的生產(chǎn)以天然氣或煤炭為原料，因其過程伴隨大量碳排放，故被稱為“灰色氨”或“棕色氨”。

何為藍(lán)氨？

“藍(lán)氨”是指在傳統(tǒng)制氨過程中，引入碳捕獲與封存技術(shù)，以顯著降低碳排放。

何為綠氨？

“綠氨”則完全由風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源制氫。唯有使用綠氨作為燃料，才能在船舶全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫室氣體的實(shí)質(zhì)性減排，因此正成為業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)。

氨是環(huán)境友好的燃料嗎？

氨在燃燒時(shí)不產(chǎn)生二氧化碳，這使其成為極具潛力的可持續(xù)燃料。然而，通過“上游排放”（well-to-wake）的視角審視，僅有綠氨才能帶來顯著的環(huán)境效益。事實(shí)上，無(wú)論是通過“下游排放”（tank-to-wake）還是“上游排放”的角度衡量，綠氨均能實(shí)現(xiàn)完全的零碳。

反之，若以灰色氨為燃料，其“上游排放”的碳排放量甚至比傳統(tǒng)重質(zhì)燃料油高出三分之一。

展望未來，發(fā)動(dòng)機(jī)將能實(shí)現(xiàn)100%純氨燃燒，或僅需生物柴油作為引燃燃料，從而構(gòu)筑一個(gè)完全可持續(xù)的動(dòng)力解決方案。

氨的溫室氣體排放與應(yīng)對(duì)之道

在傳統(tǒng)選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)中，氨是用于捕獲氮氧化物（NOx）的關(guān)鍵反應(yīng)劑。當(dāng)前，從安全性與易用性考量，尿素是普遍使用的反應(yīng)劑。但未來，氨將有望直接作為反應(yīng)劑，盡管初期可能仍需與尿素配合使用。

未來減排路徑及SCR系統(tǒng)反應(yīng)劑的選擇，將在很大程度上取決于哪種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)能夠最終占據(jù)主導(dǎo)地位。

目前，在美國(guó)部分排放法規(guī)嚴(yán)苛的陸上項(xiàng)目中，用于消除SCR系統(tǒng)中氨逃逸的催化劑已投入應(yīng)用。這些項(xiàng)目為開發(fā)適配船舶應(yīng)用的優(yōu)化催化劑裝置提供了寶貴的借鑒。

氨能否作為燃料使用？

氨是航運(yùn)業(yè)替代化石燃料的極具吸引力的選項(xiàng)，擁有大幅削減溫室氣體排放的潛力。然而，其商業(yè)化應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，主要包括構(gòu)建可靠的燃料加注網(wǎng)絡(luò)，以及應(yīng)對(duì)因氨的腐蝕性而帶來的發(fā)動(dòng)機(jī)額外維護(hù)需求。氨可作為氣態(tài)或液態(tài)燃料使用，現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)只需進(jìn)行適度改裝即可實(shí)現(xiàn)高效燃燒。

氨燃料效率如何？

氨的體積能量密度遠(yuǎn)低于柴油。同時(shí)，氨發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率也略遜于傳統(tǒng)化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。簡(jiǎn)言之，采用氨燃料的船舶必須配備更大容積的燃料艙，由此帶來的儲(chǔ)存系統(tǒng)在體積與重量上的增加，將對(duì)船舶的續(xù)航能力與有效載荷產(chǎn)生直接影響。

氨燃料面臨的主要挑戰(zhàn)

將氨用作船用燃料，主要面臨三大挑戰(zhàn)：

氨具有高毒性，因此船舶的整體安全設(shè)計(jì)必須予以充分考慮，尤其是通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)建；

氨的體積能量密度低于柴油與液化天然氣，這意味著船舶需要配備更大容積的燃料艙；

作為一種新興燃料，氨的監(jiān)管框架尚在發(fā)展與完善之中。

氨作為船用燃料的優(yōu)勢(shì)

氨的核心優(yōu)勢(shì)在于其分子結(jié)構(gòu)不含碳，燃燒過程不產(chǎn)生二氧化碳。因此，采用綠色氨是實(shí)現(xiàn)航運(yùn)脫碳的理想路徑，有助于行業(yè)擺脫對(duì)化石燃料的依賴，邁向可持續(xù)的未來。

氨的資源稟賦優(yōu)異，可由風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源制取。作為全球大宗交易商品，氨在化肥生產(chǎn)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，其能源潛力使其成為極具可行性的船用燃料選擇。

此外，液態(tài)氨的儲(chǔ)存與輸送系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)潔，有助于降低運(yùn)營(yíng)成本。

在發(fā)電領(lǐng)域，氨作為燃料的應(yīng)用也已先行先試。

氨作為船用燃料的劣勢(shì)

氨的高毒性與腐蝕性是其主要短板，要求在處理與儲(chǔ)存上極為審慎。不過，通過強(qiáng)化船員專業(yè)培訓(xùn)、配備完善的防護(hù)裝備與通風(fēng)系統(tǒng)，這些風(fēng)險(xiǎn)可得到有效管控。

氨燃燒雖無(wú)二氧化碳排放，但會(huì)產(chǎn)生氮氧化物，可通過后處理技術(shù)加以控制；而潛在的氨逃逸問題，則可能需要加裝濕式洗滌器系統(tǒng)。這些解決方案的深度研發(fā)與認(rèn)證，需與船級(jí)社緊密合作。

當(dāng)前，氨燃料應(yīng)用最大的未知數(shù)在于如何處理燃燒過程中可能產(chǎn)生的強(qiáng)效溫室氣體——氧化亞氮（N2O）。業(yè)界正積極研發(fā)N2O催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，以最大限度減少其排放，從而鞏固氨作為可持續(xù)燃料的地位。例如，Wärtsilä的“Ammonia 25”解決方案，便通過優(yōu)化燃燒與集成后處理技術(shù)，致力于實(shí)現(xiàn)所有溫室氣體的近零排放。

如何確保氨燃料的船舶應(yīng)用安全？

氨的毒性、爆炸風(fēng)險(xiǎn)及強(qiáng)烈氣味，是其作為船用燃料必須正視的安全議題。目前，相關(guān)機(jī)構(gòu)正在制定專門的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范其安全應(yīng)用。

在氨燃料的安全管理中，三大要點(diǎn)尤為關(guān)鍵：

氨的高毒性意味著任何操作疏忽都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果；

必須配備專用的儲(chǔ)存和處理設(shè)施；

燃料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需將安全置于首位。

氨燃料的監(jiān)管框架現(xiàn)狀如何？

氨作為船用燃料的監(jiān)管框架仍在構(gòu)建之中。在此過程中，與船東及運(yùn)營(yíng)商的緊密合作至關(guān)重要，旨在確保行業(yè)對(duì)正在制定的解決方案建立充分信心。

氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是否已準(zhǔn)備就緒？

氨燃料在船舶領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用尚處起步階段。航運(yùn)業(yè)正與化肥、能源行業(yè)爭(zhēng)奪有限的氨資源，而產(chǎn)能擴(kuò)張的周期較長(zhǎng)。盡管一座氨工廠從建設(shè)到投產(chǎn)需四至六年，但行業(yè)轉(zhuǎn)型正在加速：全球已有逾200個(gè)低碳氨設(shè)施處于規(guī)劃中。

如何啟動(dòng)氨燃料運(yùn)營(yíng)？

要實(shí)現(xiàn)以氨為基礎(chǔ)的運(yùn)營(yíng)，船舶必須在設(shè)計(jì)之初便具備使用氨燃料的能力。對(duì)現(xiàn)有船舶進(jìn)行改造雖是可能路徑，但往往會(huì)面臨為大型氨罐等設(shè)備尋找安裝空間的難題。此外，燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)也必須為氨進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，這涉及眾多復(fù)雜組件的集成。

還需配備專用的氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，既可以是專為氨設(shè)計(jì)的機(jī)型，亦可由傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)改造而成。若計(jì)劃在未來采納氨燃料，那么像Wärtsilä 25這類具備燃料靈活性與升級(jí)潛力的發(fā)動(dòng)機(jī)，將是極具前瞻性的選擇。

船舶的尾氣后處理系統(tǒng)也需根據(jù)所用燃料進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用液態(tài)或氣態(tài)氨，可能還需額外配置高壓泵室等設(shè)備，尤其是在采用高壓直噴技術(shù)時(shí)。

采用氨燃料需考量哪些因素？

首先，發(fā)動(dòng)機(jī)必須經(jīng)過專門設(shè)計(jì)或改造，且所有與燃料接觸的部件均須采用特定材料。將氨用作船用燃料，意味著需對(duì)機(jī)艙與燃料處理系統(tǒng)進(jìn)行重大升級(jí)。

對(duì)于新造船而言，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段便將氨燃料方案納入整體規(guī)劃。對(duì)于船舶改造，則需對(duì)現(xiàn)有船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以安全實(shí)現(xiàn)氨的接收、處理與燃燒。同時(shí)，還需設(shè)計(jì)、建造新的結(jié)構(gòu)，為氨燃料的儲(chǔ)存與輸送提供空間。

此外，必須部署一系列輔助系統(tǒng)，以滿足相關(guān)法規(guī)的安全標(biāo)準(zhǔn)，包括新增的疏排水系統(tǒng)、氮?dú)舛杌�系統(tǒng)及強(qiáng)化通風(fēng)系統(tǒng)等。

同樣關(guān)鍵的是人員準(zhǔn)備。啟用氨這類新型船用燃料，不僅是技術(shù)的革新，更是對(duì)人的挑戰(zhàn)。從安全規(guī)程到操作技能，對(duì)船員及岸基人員的全面培訓(xùn)，是實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全過渡的基石。

氨是未來的終極燃料嗎？

憑借全鏈條實(shí)現(xiàn)零碳排放的潛力，氨被視為未來燃料的有力競(jìng)爭(zhēng)者，尤其適用于新造船舶。然而，其儲(chǔ)存與處理所需的大量額外空間，對(duì)于拖輪、漁船等小型船舶而言，改裝并非經(jīng)濟(jì)可行的選項(xiàng)。

目前，氨已在燃料電池解決方案及四沖程氨發(fā)動(dòng)機(jī)中得到應(yīng)用。氨能否成為未來的主流燃料，將取決于技術(shù)成熟度、監(jiān)管框架的完善度以及燃料供應(yīng)鏈的投資力度。以綠色氨為代表的零碳燃料，必將在推動(dòng)海運(yùn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中扮演關(guān)鍵角色。

未來氨燃料加注網(wǎng)絡(luò)

氨，特別是綠色氨作為船用燃料的穩(wěn)定供應(yīng)，對(duì)航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)至關(guān)重要。關(guān)于構(gòu)建氨燃料加注網(wǎng)絡(luò)的討論與投資在日益增多，隨著市場(chǎng)的逐步采納，這一網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模與覆蓋范圍將持續(xù)擴(kuò)張。

當(dāng)前，氨的需求主要由農(nóng)業(yè)化肥驅(qū)動(dòng)。但隨著越來越多船舶采用氨燃料，航運(yùn)業(yè)的需求將顯著增長(zhǎng)。據(jù)DNV預(yù)測(cè)，到2030年，航運(yùn)業(yè)的氨燃料使用量將達(dá)到170拍焦（占航運(yùn)燃料總量的1%）；2040年將躍升至1900拍焦（占比13%）；到2050年，這一數(shù)字將高達(dá)5000拍焦（占比36%）。

氨燃料的加注系統(tǒng)可分為固定式與移動(dòng)式。固定式系統(tǒng)依托港口或加注站的永久性基礎(chǔ)設(shè)施，而移動(dòng)式系統(tǒng)則利用可移動(dòng)的儲(chǔ)罐進(jìn)行操作。氨可根據(jù)溫度與壓力條件，以液態(tài)或氣態(tài)形式儲(chǔ)存。在部署任何燃料加注系統(tǒng)時(shí)，安全措施與環(huán)境影響評(píng)估均居于核心地位。

結(jié)語(yǔ)

氨作為航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)的關(guān)鍵路徑，其潛力毋庸置疑。然而，唯有通過可再生能源生產(chǎn)的綠色氨，方能實(shí)現(xiàn)全生命周期碳中和。

盡管相關(guān)法規(guī)與基礎(chǔ)設(shè)施尚在完善，但全球發(fā)展勢(shì)頭已然強(qiáng)勁，目前已有數(shù)百個(gè)氨項(xiàng)目蓄勢(shì)待發(fā)。

將氨作為船用燃料，其轉(zhuǎn)型之路固然復(fù)雜，但憑借充分的知識(shí)儲(chǔ)備、周密的規(guī)劃與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩�措施，這一變革之路必將行穩(wěn)致遠(yuǎn)。