经晨船市--现！主要造船国在氨燃料船舶的研发和应用方面的表现及中国在该领域的现状和发展(氨燃料船舶系列之五)

学术 2024-09-20 23:56 上海

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氨，作为一种潜在的零碳燃料，具有高能量密度、无碳排放等优势，为船舶行业的绿色转型提供了新的可能。从传统的燃油动力到新兴的氨燃料驱动，这一转变不仅是技术的飞跃，更是对未来航运格局的重塑。

主要造船国在这场变革中扮演着关键角色。他们凭借先进的技术实力、雄厚的资金支持和强烈的环保意识，积极投入到氨燃料船舶的研发中。从设计创新到技术突破，从基础设施建设到政策推动，各国都在努力探索适合本国国情的发展路径，为实现航运业的可持续发展贡献力量。

在氨燃料船舶的研发和应用方面，以下一些国家目前暂处于领先地位：

1. 澳大利亚

- 公司层面：澳大利亚矿业巨头 Fortescue Metals Group（FMG）即将在 2024 年部署世界上第一艘清洁氨燃料船。其全资子公司 Fortescue Future Industries（FFI）计划在 2023 年底之前将旗下一艘平台供应船（PSV）“MMA Leveque”号改装为绿色氨气动力，以加快公司的脱碳路线。FMG 还宣布将优先对自有 8 艘 26 万载重吨矿砂船进行脱碳改造，改为使用绿氨燃料，并支持在新造船中应用氨燃料。

- 能源规划层面：通过全资子公司 FFI，FMG 还将在澳大利亚开发绿色电能源、绿色氢能源和绿色氨能源项目，计划开发大规模绿色氢气生产工厂，将生产的氢气用于粗钢生产，并销售由此产生的“绿色铁（green iron）”。FFI 目前计划到 2030 年实现绿色氢气年产量 1500 万吨。

2. 日本

- 企业与项目合作层面：

- 航运业巨头川崎汽船（Kline）与另一船东 NS United Kauinkaisha、贸易公司伊藤忠商事、日本造船（Nihon Shipyard）以及三井物产机械已获得大量政府资金，用于开发以氨为动力的船舶，目的是使这些船舶最早于 2028 年投入市场。

- 日本邮船（NYK Line）与新泻动力（IHI Power Systems）计划开发和运营一艘以氨为燃料的氨气运输船（AFAGC），并在航程中使用货物以及货物中蒸发的氨作为燃料，并计划在 2026 年交付。双方的目标是通过实现船舶主机的燃料氨的最大混合燃烧率达到 95%，以及辅机的氨燃料混合燃烧率达到 80%或更高来减少温室气体排放。

- 商船三井（MOL）也与其他公司合作进行氨燃料相关项目，如三井物产机械公司与发动机制造商 MAN 和商船三井（MOL）在一个单独项目中进行氨燃料箱和燃料供应系统以及与新发动机有关的技术研发工作。

- 政策与规划层面：

- 日本政府在 2021 年 2 月份制定了计划，为其公用事业和航运部门开发重要的氨燃料计划。日本经济产业省已经制定了详细的采购战略，以确保该国的电力和航运业在 2050 年前使用 3000 万吨氨，以符合该国的碳中和目标。

- 其目的是在未来十年内开始氨的商业使用，并在 2030 年前将燃料价格减半。日本石油、天然气和矿产资源部部长 Ryominami 在 2020 年 12 月说，他认为氨是“第二个液化天然气”，是在日本领导下向世界引进的一种新燃料。

3. 韩国

- 企业与技术层面：

- 韩国三大船企（韩华海洋、HD 韩国造船海洋、三星重工）正全力开发液氨运输船以及氨燃料动力船。例如，韩华海洋开发的搭载氨燃料燃气轮机的 LNG 船获得了美国船级社（ABS）颁发的原则性认可（AIP）证书；HD 现代重工以 2024 年为目标，正在与拥有大型发动机原创技术的 MANE&S、WINGD 等合作，推进氨燃料动力大型发动机的开发；三星重工与马来西亚国际航运公司（MISC）子公司 AET 签署了开发建造两艘超大型氨燃料动力 VLCC 的意向协议（MOU），并计划于 2026 年交付投入运营。

- 浦项制铁（POSCO）自主开发的液氨货舱和储罐用高锰钢（High Manganese Steel）及应用技术在 2023 年 9 月 20 日至 29 日伦敦举行的 IMO 货物与集装箱运输分委会（CCC）第 9 次会议上正式登记注册成为国际技术标准，这将有力助推韩国船企占领环保燃料船舶市场的制高点，进一步提升韩国造船业的国际竞争力。

- 船级社层面：韩国船级社（KR）在 2021 年发布了《氨燃料船舶指南》，为安全地引进氨燃料动力船舶提供了依据。

4. 欧洲（挪威、芬兰等）

- 企业与项目合作层面：芬兰船用发动机制造商瓦锡兰、挪威海工船东 Eidesvik 以及挪威国有能源公司 Equinor 正在合作研发一艘以氨燃料电池为动力、可完成远距离航行的零排放大型船舶，预计最早将于 2024 年下水。

- 发动机研发层面：在氨燃料动力发动机研发方面，欧洲处于领先和主导地位。德国船用发动机厂商曼恩能源方案公司计划 2024 年实现面向大型船舶的氨动力专用发动机。

中国在氨燃料船舶的研发和应用方面取得了显著进展，主要包括以下方面：

研发设计

- 全球首艘氨燃料动力集装箱船订单：由中国船舶集团有限公司旗下上海船舶研究设计院自主研发设计的 1400TEU 无舱盖集装箱船获得来自比利时船东 CMB.TECH 的订单，由青岛造船厂有限公司旗下青岛扬帆船舶制造有限公司承建，计划 2026 年投入使用。该船总长约 150 米，型宽约 27 米，可装载约 1400 个 20 英尺标准集装箱，配备氨燃料发动机、氨燃料储罐、供给系统和加注系统；船舶能效设计指数（EEDI）满足第三阶段要求，低于基线约 45%，碳强度指标（CII）评级 A 级，每年可减少约 1 万吨二氧化碳排放。

- 多类型氨燃料船型研发：多年来，上海船舶研究设计院始终致力于低碳、零碳船型研发，推出了一系列具有市场竞争力的氨燃料船型，包括 5 万吨级氨燃料动力成品油/化学品船、7000 车氨燃料动力汽车运输船以及 8.5 万吨、18 万吨和 21 万吨氨燃料动力散货船等。

技术突破

- 解决氨燃料相关安全问题：在研发过程中，重点考虑了氨燃料具有毒性、腐蚀性等特点，最大程度减少了氨气毒性的影响，让居住区和机舱棚尽可能远离有毒区域，将可能影响船上人员安全的潜在风险降到最低；为确保氨燃料加注、储存和供给系统安全可靠，避免产生泄漏，已制定紧急情况下的各种应对措施。

- 发动机研发与应用：2023 年 11 月，由中车大连公司自主研发的中速大功率氨燃料发动机启动成功，并将于 2024 年应用到商船中，标志着中国已完成氨燃料发动机全产业链的协同。

- 大比例掺氨燃烧技术：2023 年 4 月，中国某电力集团燃煤机组成功实现大比例掺氨燃烧情况下的平稳运行，氨的燃尽率达 99.99%，有效降低了废气中的氮氧化物浓度。

中国在氨燃料船舶的应用方面具有以下优势：

政策支持

- 2022 年，中国国家发改委公布了《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南》，同年针对氨能产业发布了《氨能产业发展中长期规划（2021 - 2035）》，为我国氨能产业包括氨燃料船舶的发展指明了方向，积极引导相关行业的技术转变。

研发设计能力

- 船型设计丰富：

- 上海船舶研究设计院自主研发设计了 5 万吨级氨燃料动力中型油船/化学品船（MR），获得意大利船级社（RINA）授予的原则性认可（AIP）证书；还成功研发了氨燃料动力 7000 车位汽车运输船（PCTC）并获得 AIP。此外，还推出了 8.5 万吨、18 万吨和 21 万吨氨燃料动力散货船等多型氨燃料船型。

- 2024 年 2 月，由中国自主研发设计的全球首艘氨燃料动力集装箱船获得来自比利时船东的订单，该船总长 150 米，配备氨燃料发动机、氨燃料储罐及保障系统，能够装载 1400 个标准集装箱，相比以往依靠化石燃料驱动的船舶，二氧化碳年排放量减少将近 95%。

- 2024 年 4 月 19 日，中国船舶大连造船与马来西亚国际航运公司 MISC 集团旗下油轮公司 AET 在马来西亚吉隆坡签署了 2 艘液氨双燃料动力阿芙拉型油船建造合同，该型船总长约 250 米，型宽 44 米，型深 21.2 米，载重量约 11.3 万吨，采用最新自主开发的船型设计，能耗指标、载货能力、适配性等性能更为优异。

- 技术突破：

- 2023 年 4 月，中国某电力集团燃煤机组成功实现大比例掺氨燃烧情况下的平稳运行，氨的燃尽率达 99.99%，有效降低了废气中的氮氧化物浓度。

- 2023 年 11 月，由中车大连公司自主研发的中速大功率氨燃料发动机启动成功，并将于 2024 年应用到商船中，标志着中国已完成氨燃料发动机全产业链的协同。

产业基础

- 造船实力强：中国是世界重要的造船大国，拥有先进的造船设施和庞大的造船产能，具备从研发、设计到建造的全过程综合实力。众多船厂能够承接氨燃料船舶的建造订单，如大连造船、青岛北海造船、青岛造船厂等，可实现氨燃料船三大主流船型（散货船、集装箱船、油船）订单全覆盖，且新船型在性能上不断优化，例如能耗指标、载货能力和适配性等方面表现优异。

- 产业链协同发展：随着氨燃料船舶的发展，相关的产业链也在不断完善。从氨燃料的生产、储存、运输到船舶上的加注系统、发动机等关键设备的制造，以及后续的维护和服务，中国的相关企业和机构之间的协同合作能力在逐步增强，有利于提高整体产业的效率和竞争力。

市场需求

- 随着全球对环境保护和航运业减排要求的不断提高，对氨燃料船舶这种绿色、低碳的运输方式的市场需求也在逐渐增加。中国作为全球贸易大国，拥有庞大的航运市场，国内航运企业为了满足环保要求和应对国际竞争，对氨燃料船舶的需求较为迫切，这为氨燃料船舶的应用提供了广阔的市场空间。

基础设施优势

- 氨作为世界上产量最多的无机化合物之一，其工业化生产和应用在中国已经有较长历史，技术体系相对成熟，并且有一定的储运基础设施。在运输方面，氨有管道、铁路、船舶等多种运输方式，液氨在国内也已经有一定规模的运输和贸易基础，这为氨燃料船舶的燃料供应等提供了一定的便利条件。

中国在氨燃料船舶的研发和应用方面还有以下发展空间：

技术研发

- 提高氨燃料燃烧效率：

- 尽管已经取得了一些成果，但氨燃料的燃烧特性与传统燃料不同，还需要进一步优化燃烧系统和发动机设计，提高燃烧效率，以充分发挥其能量潜力，降低能源消耗和运营成本。

- 研发更高效的燃烧技术，如改进燃烧器结构、优化燃烧过程控制等，减少不完全燃烧和能量损失。

- 解决氨燃料的安全性问题：

- 氨具有毒性和腐蚀性，需要继续研发更安全可靠的燃料储存、运输和供应系统，降低泄漏风险。例如，开发新型的密封材料和结构，提高储罐、管道和阀门等设备的密封性和耐腐蚀性。

- 完善安全监测和报警系统，能够实时监测氨燃料系统的运行状态，一旦发现泄漏或其他异常情况，及时发出警报并采取相应的应急措施，保障船舶和人员的安全。

- 制定详细的安全操作规程和培训计划，提高船员对氨燃料船舶的安全操作意识和应急处理能力。

- 研发新型的氨燃料发动机：

- 加大对氨燃料发动机的研发投入，提高发动机的功率密度、可靠性和耐久性，使其能够满足不同类型船舶的动力需求。

- 探索混合动力系统的应用，将氨燃料发动机与其他清洁能源动力系统（如电池、太阳能等）结合，充分发挥各种能源的优势，提高船舶的能源利用效率和环保性能。

- 研究氨燃料发动机的排放控制技术，降低氮氧化物等污染物的排放，满足日益严格的环保法规要求。

基础设施建设

- 氨燃料加注设施：

- 目前氨燃料加注设施还比较匮乏，需要加快建设氨燃料加注站和码头设施，以满足氨燃料船舶的运营需求。这包括规划合理的加注站布局、设计和建造专用的加注设备和管道系统等。

- 制定氨燃料加注的相关标准和规范，确保加注过程的安全和高效。同时，建立健全的加注服务网络，提高加注的便利性和及时性。

- 氨燃料生产和供应体系：

- 扩大绿氨的生产规模，降低绿氨的生产成本。这需要进一步发展可再生能源制氢技术，提高氢气的生产效率和降低成本，为绿氨的合成提供充足的原料。

- 优化氨燃料的供应链管理，确保氨燃料的稳定供应。包括建立合理的库存管理机制、优化运输路线和运输方式等，减少供应中断的风险。

人才培养

- 跨学科人才培养：氨燃料船舶的研发和应用涉及到船舶工程、化学工程、能源技术、环境科学等多个学科领域，需要培养具备跨学科知识和技能的专业人才。加强高校和科研机构相关专业的课程设置和教学改革，注重培养学生的综合能力和创新思维。

- 船员培训：开展针对氨燃料船舶船员的特殊培训课程，使他们熟悉氨燃料系统的操作和维护、安全注意事项以及应急处理方法。船员需要掌握氨燃料的特性、相关设备的运行原理和操作规程，以确保船舶的安全运营。

国际合作

- 技术交流与合作：积极开展与国际先进造船国家和研究机构的技术交流与合作，引进国外先进的氨燃料船舶技术和经验，加速我国氨燃料船舶技术的发展。通过合作研发项目、联合实验室等形式，共同攻克技术难题，提高我国在氨燃料船舶领域的技术水平。

- 参与国际标准制定：参与国际海事组织等相关国际机构关于氨燃料船舶的标准和规范制定工作，争取在国际标准制定中发挥更大的影响力，提高我国氨燃料船舶产业的国际竞争力。同时，也有助于我国的氨燃料船舶更好地适应国际市场的要求，促进我国氨燃料船舶的出口。

政策支持

- 持续完善政策体系：政府可以进一步出台相关的产业政策、补贴政策和税收优惠政策，鼓励企业加大对氨燃料船舶研发和应用的投入。例如，对氨燃料船舶的建造给予资金补贴、对使用绿氨燃料的船舶给予税收减免等，以降低企业的研发和运营成本，提高企业的积极性。

- 加强监管和规范：建立健全氨燃料船舶的监管体系，加强对氨燃料船舶设计、建造、运营等环节的监督管理，确保船舶的质量和安全符合相关标准和法规要求。同时，及时跟踪和评估政策的实施效果，根据实际情况进行调整和完善。

氨燃料船舶的应用对中国航运业会产生多方面的影响：

积极影响

1. 环境效益：

- 减少碳排放：氨燃料燃烧不产生二氧化碳，能有效减少航运业的温室气体排放，助力中国实现碳达峰、碳中和目标，应对国际海事组织日益严格的减排要求，提升中国航运业在全球环保领域的形象，避免因碳排放限制而面临的运营限制或经济处罚。

- 降低大气污染物排放：氨燃料不含硫，燃烧时不会产生硫氧化物，可显著降低船舶尾气中硫氧化物等大气污染物的排放，减轻对沿海地区和港口城市的大气污染，改善空气质量，保护生态环境和居民健康。

2. 能源转型与产业升级：

- 推动能源多元化：丰富航运业的能源结构，降低对传统化石燃料（如重油、柴油）的依赖，增强能源供应的稳定性和安全性，减少受国际油价波动的影响。

- 促进相关产业发展：带动氨燃料生产、储存、运输、加注等相关产业链的发展，包括化工企业扩大氨产能、研发新型氨储存技术和设备、建设氨燃料加注设施等，催生新的经济增长点，促进相关产业的技术升级和创新发展。例如，推动船舶制造企业研发新型氨燃料发动机和船舶设计技术，提高我国船舶工业的核心竞争力。

3. 运营成本与经济效益：

- 长期可能降低成本：虽然目前氨燃料船舶的建造和运营成本可能较高，但随着技术的成熟和产业规模的扩大，以及未来碳交易市场的发展，使用氨燃料船舶可减少碳排放配额的购买成本。同时，若绿氨（通过可再生能源生产的氨）技术得到广泛应用，其成本有望逐渐降低，从长期来看可能会降低航运企业的总体运营成本。

- 提升市场竞争力：在全球航运市场对环保要求日益提高的背景下，拥有氨燃料船舶的航运企业更易满足环保标准，获得更多的商业机会和市场份额，如争取到对环保要求较高的货物运输订单，吸引注重环保形象的客户，提高企业在国际市场的竞争力。

4. 技术创新与人才培养：

- 激发技术研发活力：促使企业和科研机构加大在氨燃料发动机技术、船舶能效优化技术、安全防护技术等方面的研发投入，推动航运业的技术创新和进步，提高我国在航运科技领域的自主创新能力和国际话语权。

- 培养跨领域专业人才：涉及氨燃料船舶的研发、设计、建造、运营和管理等环节，需要培养一批掌握船舶工程、化学工程、能源技术、环境科学等多学科知识的专业人才，促进相关教育和培训体系的完善，为航运业的可持续发展提供人才支撑。

挑战与限制

1. 技术挑战：

- 发动机技术有待完善：氨燃料的燃烧特性与传统燃料不同，目前氨燃料发动机的燃烧效率、功率输出和可靠性等方面还需要进一步改进和优化。例如，氨的燃烧速度较慢，需要解决燃烧不充分、点火困难等问题，以确保船舶的动力性能满足运营要求。

- 安全技术要求高：氨具有毒性和腐蚀性，对船舶的燃料储存系统、管道、阀门等设备的密封性和耐腐蚀性提出了更高要求，需要研发先进的安全监测和防护技术，防止氨泄漏引发安全事故和环境污染。此外，氨燃料的加注过程也需要严格的安全操作规程和设施保障。

2. 基础设施建设：

- 加注设施不足：目前氨燃料加注站的数量严重不足，建设氨燃料加注站需要投入大量资金和时间，包括选址规划、建设施工、设备安装调试等。而且，由于氨燃料的特殊性，加注设施的建设还需要满足严格的安全和环保标准，增加了建设难度和成本。

- 供应体系不完善：氨燃料的生产、运输和储存环节尚未形成完善的体系。例如，氨的生产企业分布不均，运输距离较远，需要建立合理的物流网络和配送机制，确保氨燃料能够及时、安全地供应到船舶运营港口。

3. 法规与标准：

- 国际法规接轨：国际海事组织等国际机构正在制定和完善氨燃料船舶的相关法规和标准，但目前这些法规标准还处于不断发展和变化中。中国航运业需要密切关注国际法规动态，及时调整国内相关政策和标准，确保我国的氨燃料船舶能够符合国际要求，避免在国际航运市场中面临法规障碍。

- 国内标准制定：国内对于氨燃料船舶的设计、建造、运营、安全管理等方面的标准还不够完善，需要加快制定和出台一系列相关标准和规范，为氨燃料船舶的发展提供明确的技术指导和监管依据，促进产业的健康有序发展。

4. 初始投资与成本压力：

- 船舶建造成本增加：研发和建造氨燃料船舶需要采用新的技术和设备，如氨燃料发动机、特殊的燃料储存系统、安全防护装置等，这会导致船舶的建造成本大幅上升。对于航运企业来说，购置氨燃料船舶需要大量的资金投入，增加了企业的财务压力和投资风险。

- 船员培训成本提高：船员需要掌握氨燃料船舶的特殊操作技能和安全知识，包括氨燃料系统的操作、维护和应急处理等，因此航运企业需要对船员进行专门的培训，这会增加船员培训成本和培训时间。

5. 公众认知与接受度：

- 安全担忧：由于氨具有毒性，公众可能对氨燃料船舶的安全性存在担忧，担心氨泄漏会对周边环境和居民健康造成威胁。这可能会影响氨燃料船舶在一些地区的运营和发展，需要加强公众宣传和教育，提高公众对氨燃料船舶的认知和接受度。

- 环境影响认知不足：虽然氨燃料船舶在使用过程中不产生二氧化碳等污染物，但在氨的生产过程中，如果采用传统的化石能源制氨方法，仍然会产生一定的碳排放和环境影响。公众可能对氨燃料整个生命周期的环境影响认识不足，需要加强相关的科普宣传，让公众了解氨燃料船舶在节能减排方面的综合效益。

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