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气候变化可能将使风能成为远洋货船的未来动力来源

作者:BDI的守望者 来源:信德海事+、信德海事 2022-09-05 11:44:00 海运资讯 燃料 船舶

国际贸易仍然严重依赖远洋船舶和为大多数船舶的大型柴油发动机提供燃料的有害船用燃料。


对此,批评人士表示,航运业在环保方面的努力乏善可陈,但现在有了新的方向,减少排放碳的燃料转向液氢或氨等燃料,并且许多顶尖设计已经开始使用最古老的能源:风能。


随着亚马逊、宜家、联合利华和其他主要货运公司等公司寻求实现温室气体减排目标的方法,航运是他们的主要目标之一。


航运业占全球温室气体排放总量的近3%,产生的人造二氧化碳与美国所有燃煤电厂的总和一样多。尽管如此,它在整个运输业中的排放相对较小,占全球运输业每年温室气体的37%。


然而,随着国际贸易持续增长并严重依赖远洋船舶运输货物——目前它们承载了超过80%的货物——一些科学家警告说,到2050年,航运业可能占全球温室气体排放的17%。


这就是为什么在经过多年的低碳脱碳努力之后,该行业的监管机构正在加入。2018年,总部位于伦敦由175个成员国组成的联合国机构国际海事组织(IMO)——其中许多成员国的代表与抵制排放的企业直接相关——采取了一项战略,到2050年将温室气体排放量减少50%(相较于2008年水平)。


批评人士说,这个目标太少也太迟了,坚持认为国际海事组织将其目标重新设定为到本世纪中叶,或者最好更快地实现100%脱碳。


“在制定气候措施和制定战略方面,IMO迟到了,”Seas at Risk的航运政策官员和清洁航运联盟的董事会成员Lucy Gilliam表示,这两组织都是环保非政府组织。她引用了国际航运不包括在巴黎气候协议中的事实。此外,最近的一项研究发现,在94家最大的航运公司中,只有33家明确表达了到2050年实现净零排放的政策和/或承诺实现IMO的目标。


最简单的绿色航运解决方案


尽管如此,私营公司正在采取一些举措来减轻其对气候的影响。最简单的解决方案是让船舶简单地减速,从而使用更少的碳排放燃料。造船厂还在试验涂有气泡以减少阻力的船体,以及更光滑的船艏、更高效的发动机、螺旋桨和推进系统以及人工智能辅助导航系统。


与此同时,该行业开始建立支持零排放解决方案和政策的绿色走廊,或特定的航线和港口。金融界也加入了脱碳运动,有29家金融机构签署了波塞冬原则,该协议旨在考虑在向航运公司提供贷款时减少温室气体排放。签署方代表了超过1850亿美元的国际航运贷款——占全球船舶融资组合的近一半。


但随着全球供应链专为快速交付而设计,重大突破的赌注是开发低排放或零排放燃料——包括绿色甲醇、氢气、液化天然气(LNG)和氨——以减少或替代为大多数船舶大型柴油发动机所用的浓稠、有毒的船用燃料。


还有一些努力包括电力推进、几种风力发电技术和核能,其中核能自1950年代中期以来一直为海军舰艇提供动力,由于它们的零排放而受到一些关注,尽管安全和安保问题是主要障碍。


以下是对海运领域低碳和零碳突破的最大赌注的概述:


绿色甲醇


丹麦的马士基集团(AP Moller-Maersk)承运了全球17%的集装箱,并从韩国现代重工订购了13艘使用绿色甲醇的船舶。马士基北美环境与可持续发展负责人李金德伯格(Lee Kindberg)表示,第一艘可运载2,000个集装箱的小型船舶将于明年下水,并在波罗的海和北欧运营。


“从2024年开始,每个季度我们都将推出两艘16,000标箱的集装箱船,它们将在跨太平洋航线上运营,”她说,“我们目前的承诺是到2040年实现净零碳航运。”


今天生产的大部分甲醇来自化石燃料,但马士基、达飞轮船和其他领先的航运公司正在测试两种不同的绿色、碳中和版本。一种是由从农业和森林残留物以及农业和家禽废物中提取的固体和液体生物质制成的。另一种是电制甲醇,它是通过将二氧化碳与使用可再生电力从水中产生的氢气相结合而制成的。两者都是可以在环境温度下安全地储存在非加压罐中的液体。虽然比船用燃料更昂贵且供应有限,但绿色甲醇可以与双燃料发动机中的燃料混合,以有效降低碳排放。


液态氢是另一种燃料选择,经常被吹捧,因为它在燃烧时几乎不产生碳排放。然而,大约95%的氢气是通过重整天然气或其他化石燃料产生的。但是,它们也可以通过使用太阳能、风能、核能和水力发电的能量分解水来制造。绿色氢可用于船舶的内燃机或产生无排放电力的燃料电池。


总部位于华盛顿特区的国际清洁交通委员会(ICCT)于2020年进行了一项研究,研究使用可再生氢燃料电池为集装箱船提供动力的潜力,这些集装箱船服务于中国与洛杉矶附近的圣佩德罗湾之间的繁忙走廊。“无需对船只进行任何其他改动,2015年约43%的航次可以使用该技术完成,”该非营利组织的高级海洋研究员毛晓丽说。“通过对船舶设计进行细微调整或增加一个加油站,可以实现99%。”


液化天然气作为替代燃料的来源


总部位于伦敦的航运分析公司Clarksons Research的数据显示,液化天然气在目前用于商业船舶(包括一些大型集装箱船)的替代燃料清单中名列前茅。尽管目前约有55,000艘船舶的货运船队中只有不到5%可以使用低排放燃料,但38%的新建船舶将拥有替代燃料预留,远高于一年前的28%和五年前的12%。液化天然气将为这些新船中的近三分之一(741艘)提供动力,而24艘将使用甲醇,6艘使用氢气。


液化天然气用于航运的关键是它仍然是一种排放甲烷的化石燃料,需要大量资本投资来改造现有的发动机和燃料舱。更重要的是,它将使碳基燃料的使用至少再延长20年,这是大型船舶的常见寿命。


绿氨


氨也受到关注。它供应充足,可用于双燃料发动机和燃料电池。与氢一样,大多数氨都来自化石燃料,其生产会释放大量二氧化碳,尽管通过将绿色氢与空气中的氮结合起来,它对环境友好。安全是最大的问题,因为氨对人类和海洋生物具有危险的毒性,这可能会阻碍港口对它的应用。


去年12月,新加坡胜科海事的子公司LMG Marin同意为挪威格里格海事集团的一个部门设计它所描述的第一艘绿色氨燃料油轮。MS Green Ammonia计划于2024年交船,将适当地运输绿色氨。


在更大的范围内,6月,三菱重工旗下的三菱造船公司宣布完成了一艘最初由液化石油气(LPG)驱动但可适应未来氨气使用的超大型气体运输船(VLGC)的概念设计作为主要燃料。这家总部位于东京的造船厂之前建造了80多艘VLGC,新设计将允许对这些船舶进行改装以使用氨水运行。


电池动力船


三菱的设计师们还开创了电动船的先河,其名为Roboship的船将由本田重工建造并于明年下水。这艘550吨的船舶将用混合动力系统取代传统的柴油发动机,包括蓄电池、螺旋桨、电机、配电盘和发电机。用于控制电力推进设备的数字平台由东京初创公司e5Lab开发,该公司致力于推进船舶电力推进和数字化。


e5正在与另一家日本造船厂Asahi Tanker合作,建造一对由大容量锂离子电池供电的全电动、零排放油轮。自动化设备和数字工具将减轻加油船船员的工作量。第一个模型于4月在东京湾为船舶提供船用燃料,第二个模型计划于明年开始运营。


电动船的兴起与电动汽车一样,行驶里程和电池充电是电子船的问题,因此它们是为短途本地航行而设计的。电动渡轮、引水船和游轮已经开始出现在日本、瑞典和丹麦的港口。


Yara Birkeland号称是第一艘全电动和自动驾驶集装箱船,于去年春天开始在挪威运输少量化肥。在最初的两年里,这艘船将在全员配员的情况下运营,同时逐渐向完全自主过渡,包括无人驾驶导航、装载、卸载和系泊。为能够穿越更长区域航线的更大标准箱容量的集装箱船供电,将需要成本更低的电池存储和扩大陆上充电基础设施。


风力货船的回归


当然,最早的货船完全依靠风力在海上航行,这一概念在今天正在转向现代化。


“目前有20艘大型船舶采用了一些风力辅助技术,”总部位于伦敦的国际风船协会秘书Gavin Allwright表示。他说,包括油轮、散货船和汽车运输车,它们有足够的甲板空间来容纳不同的风力系统。


Allwright说,引领者是Flettner转子风帆系统,这是Anton Flettner在上世纪20年代发明的概念。它的特点是将高大的烟囱状圆柱体,安装在船的甲板上,随风快速旋转并将船只向前推进。在最近的应用中,澳大利亚矿业公司必和必拓正在与泛太平洋铜业和日本海事合作,在散货船上测试旋翼帆系统。


包租60多艘干散货船的食品和农业巨头嘉吉将测试一艘配备WindWings的船舶,该船由BAR Technologies设计。“通过此次合作,我们将为积极寻求减少供应链二氧化碳排放的客户提供定制的风能解决方案,”嘉吉海运业务总裁Jan Dieleman说。据报道,该公司计划在未来几年租用至少20艘新的风力辅助船。


法国空客的海事部门Airseas开发了一种名为Seawing的巨型自动风筝风帆。Airseas声称,这项风力辅助技术可以平均减少20%的燃料消耗。另一家法国公司米其林正在英国和西班牙之间的渡轮上测试其充气、可伸缩、自动翼帆移动原型。


尽管接受了这些不同的脱碳项目,但海运业将很难摆脱化石燃料的依赖。事实上,世界上最大的石油出口国沙特阿拉伯正在为IMO的一些绿色航运工作提供资金。但随着亚马逊、宜家、联合利华和其他主要货运公司寻求实现其净零目标的方法,航运是他们的主要目标。


“如果他们想减少排放,”马士基的Kindberg说,“他们首先需要我们减少我们的排放。”

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