在我國雙碳目標(biāo)的大背景和國際海事組織溫室氣體減排的戰(zhàn)略目標(biāo)下，碳減排是整個航運業(yè)所面臨的巨大挑戰(zhàn)、也是必然的發(fā)展趨勢。清潔能源的應(yīng)用是船舶從低碳走向碳中和、零碳發(fā)展的根本途徑。LNG、電池、甲醇、氫、氨等清潔能源在國內(nèi)外船舶上已經(jīng)得到了不同程度的應(yīng)用，各類清潔能源由于本身特性，在船舶上的應(yīng)用場景既有重疊又獨具優(yōu)勢。甲醇作為相對新型的船舶清潔替代能源，具有來源廣泛、供應(yīng)充足、應(yīng)用方式多樣、技術(shù)較為成熟、成本相對較低、減排潛力巨大等諸多優(yōu)勢。特別要指出的是，甲醇是目前最具優(yōu)勢的可實現(xiàn)碳中和的常溫常壓液體燃料，特別是可再生甲醇技術(shù)路線的推廣和逐步商業(yè)化，使甲醇作為船舶燃料能夠?qū)崿F(xiàn)全生命周期的碳中和，助力航運業(yè)早日實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)。

圖1 Waterfront Shipping公司甲醇動力船舶

航運業(yè)碳減排面臨巨大壓力

船舶使用傳統(tǒng)燃油排放的大量硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）等大氣污染物，以及二氧化碳（CO2）等溫室氣體，造成了嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染，對全球氣候變化產(chǎn)生了重要影響。根據(jù)英國獨立航運經(jīng)紀(jì)公司Simpson Spence Young發(fā)布的報告顯示，2021年全球航運業(yè)的二氧化碳總排放量達(dá)8.33億噸，同比增長4.9%。國際能源署預(yù)測：如果不采取有效措施，未來航運業(yè)碳排放總量將進(jìn)一步激增，航運碳減排壓力巨大。

航運業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活必需的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，也是碳排放的重要來源之一。據(jù)交通運輸部統(tǒng)計，2021年全國內(nèi)河通航營業(yè)性貨運量占全社會總運量的15.80%、貨物周轉(zhuǎn)量占全社會周轉(zhuǎn)總量的52.97%，為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力支撐。相對應(yīng)地是，交通領(lǐng)域的碳排放是我國各行業(yè)部門中，增長較快的部門，目前我國交通領(lǐng)域碳排放占全社會排放約11%，其中水路運輸就占一半以上，約占總量的6.5%，水運行業(yè)碳達(dá)峰面臨挑戰(zhàn)。與此同時，我國社會經(jīng)濟(jì)體量持續(xù)增長以及減污降碳要求下“公轉(zhuǎn)水”進(jìn)程的不斷深化，沿海內(nèi)河水運規(guī)模和能源消耗量仍處于上升通道，因此，碳減排面臨的形勢將更為嚴(yán)峻。

船舶清潔燃料擔(dān)當(dāng)碳減排C位

面對嚴(yán)峻的溫室氣體減排壓力，國際及國內(nèi)都在積極探索各種碳減排技術(shù)和管理措施。依靠動力裝置技術(shù)改進(jìn)、能效優(yōu)化和管理技術(shù)等方式，其碳減排潛力只有0～20%，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上都已經(jīng)難以適應(yīng)未來碳中和及零碳排放要求。而清潔能源應(yīng)用的碳減排潛力巨大，可達(dá)10%～100%，主要包括探索液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）、甲醇、電力、氫、氨等清潔替代能源。在此背景下，優(yōu)化船舶能源結(jié)構(gòu)，尋求適應(yīng)我國具體國情和未來航運排放要求的可再生船舶燃料技術(shù)，已經(jīng)成為我國航運業(yè)適應(yīng)未來時代發(fā)展需要，從根本上推進(jìn)船舶碳減排走向更深階段的必然選擇，也會大大助力國家實現(xiàn)“30/60碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展目標(biāo)。所以，推廣清潔能源技術(shù)是實現(xiàn)船舶低碳零碳化的根本途徑。

甲醇是目前最具有優(yōu)勢的可實現(xiàn)碳中和的常溫常壓液體燃料

甲醇作為貿(mào)易量全球第三大的大宗有機化學(xué)品，具有產(chǎn)業(yè)鏈成熟、產(chǎn)能充足、運輸便捷、環(huán)境友好等優(yōu)勢，并且作為內(nèi)燃機燃料的應(yīng)用已有近50年的歷史，甲醇作為船舶燃料的應(yīng)用已經(jīng)有非常成熟的案例，2015年Stenaline，瓦錫蘭公司和梅賽尼斯公司合作改造了全球首艘甲醇動力船舶。2016年至今，梅賽尼斯公司的航運公司W(wǎng)aterfront Shipping運營著全球最大的甲醇動力船隊，已經(jīng)有17艘甲醇雙燃料船舶投入使用，累計安全運行時間超過14萬小時。Waterfront Shipping的船隊搭載了曼恩公司的ME-LGIM發(fā)動機，與其他化石燃料相比，使用傳統(tǒng)天然氣基甲醇作為燃料就可以顯著減少硫氧化物、氮氧化物和顆粒物的排放，以及降低15%的二氧化碳排放，在短期內(nèi)可以幫助航運業(yè)減少碳排放帶來的壓力。目前，國際上最先進(jìn)的天然氣制甲醇工藝，其生產(chǎn)單位甲醇產(chǎn)品的碳排放強度僅有0.15 kg eCO2/kg甲醇，低碳甲醇將進(jìn)一步助推航運業(yè)的減排目標(biāo)。

在目前全球航運業(yè)節(jié)能減碳的大環(huán)境下，甲醇受到航運業(yè)的廣泛關(guān)注得益于新興技術(shù)有望實現(xiàn)可再生甲醇的規(guī)?；a(chǎn)，因其原材料來源可再生、清潔和對二氧化碳的捕捉利用，使得所獲得的的產(chǎn)品可以幫助整個航運業(yè)在全生命周期實現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。可再生甲醇包括：生物質(zhì)甲醇（Bio-Methanol）和電制甲醇（E-Methanol ）。生物質(zhì)甲醇可以使用生物質(zhì)，利用傳統(tǒng)的天然氣制甲醇工藝，也可以采用生物質(zhì)氣化技術(shù)，將農(nóng)業(yè)、林業(yè)和城市垃圾等廢棄物氣化生產(chǎn)合成氣，經(jīng)過凈化和調(diào)整比例后生產(chǎn)甲醇。電制甲醇主要利用可再生電力（太陽能或風(fēng)能）電解水產(chǎn)生氫氣，之后同捕集的CO2反應(yīng)制得甲醇。

圖2 甲醇生產(chǎn)的低碳綠色化發(fā)展進(jìn)程

與傳統(tǒng)的化石基甲醇不同，可再生甲醇尤其是生物質(zhì)甲醇的單套裝置產(chǎn)能較?。ㄒ话銥?-10萬噸），可以靈活選址，這就為其作為船舶燃料提供了便捷，可再生甲醇的生產(chǎn)商可以根據(jù)船運企業(yè)的實際需求因地制宜地把生產(chǎn)裝置建在需要加注的碼頭港口附近，最大程度地降低了燃料運輸成本，同時也可以切實滿足航運企業(yè)的航線布局和船期需求。

圖3 具備可再生甲醇生產(chǎn)能力的梅賽尼斯公司Geismar工廠

對于采用可再生船舶燃料實現(xiàn)碳中和航運，航運巨頭丹麥馬士基公司（Maersk）一直是甲醇燃料的忠實支持者。2021年7月，馬士基在現(xiàn)代尾浦造船訂造了1艘3500 TEU碳中和甲醇動力集裝箱船，成為全球首家訂造零碳集裝箱船的航運公司。同年8月，馬士基在韓國現(xiàn)代重工下單訂造了8＋4艘16000 TEU級甲醇動力集裝箱船，這是全球首次搭載甲醇燃料動力發(fā)動機的大型集裝箱船舶，4艘備選訂單在今年年初確認(rèn)生效。2022年9月，馬士基宣布與現(xiàn)代重工簽署協(xié)議，再次訂造6艘甲醇動力大型集裝箱船。到這些船舶全部交付使用時，馬士基公司將運營全球最大的甲醇動力船隊。

此外，2022年馬士基還與中集安瑞科、歐洲能源、綠技行（上海），安徽德博等八家公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，旨在采購可再生甲醇。預(yù)期將于2025年，全球可再生甲醇年產(chǎn)能將提升至93萬噸，并幫助馬士基獲得新型集裝箱船所需的可再生甲醇。

法國達(dá)飛輪船在選擇LNG作為主要船舶燃料的同時，也首次嘗試投資甲醇動力集裝箱船。2022年8月，達(dá)飛輪船與大船集團(tuán)達(dá)成協(xié)議，訂造6艘15000 TEU甲醇雙燃料集裝箱船，成為繼馬士基航運之后第二家建造甲醇動力船的集運巨頭。

繼馬士基和達(dá)飛輪船之后，中遠(yuǎn)海運集團(tuán)也加入了甲醇燃料動力船舶的陣營。2022年10月底，中遠(yuǎn)海運集團(tuán)宣布將斥資超200億元訂造了12艘全球最大24000 TEU甲醇動力集裝箱船，開啟集裝箱船隊可再生發(fā)展新紀(jì)元，并成為首家宣布投資甲醇動力船舶的中國船東。

能源安全戰(zhàn)略下推廣甲醇船舶燃料符合中國國情

黨的二十大報告指出，積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達(dá)峰行動。我國具有“富煤少氣貧油”的資源稟賦特點，能源結(jié)構(gòu)主要以煤炭為主，天然氣和原油資源的對外依存度較高，2021年，中國原油進(jìn)口量為5.13億噸，同比下降5.3%，首次由升轉(zhuǎn)降，原油對外依存度由73.6%降至72%，下降1.6%，但主要原因之一是油價高企。同期，天然氣進(jìn)口量達(dá)到了12,136萬噸，增長19.9%，管道氣進(jìn)口量和LNG進(jìn)口量均位居世界第一，天然氣對外依存度達(dá)44.3%。但我國煤炭資源較為豐富，煤制甲醇生產(chǎn)是煤炭清潔高效綜合利用的有效途徑，工藝過程全封閉，三廢均得到合理收集和利用，能源利用達(dá)到極大化。目前，我國是世界甲醇產(chǎn)量最大的國家，2021年我國甲醇產(chǎn)能9,743萬噸，同比增加6.6%，產(chǎn)量達(dá)到7,765萬噸，甲醇供應(yīng)維持長期穩(wěn)定。我國不斷提升在化工領(lǐng)域?qū)嵤┙档湍芎暮吞寂欧诺南嚓P(guān)要求，先進(jìn)煤化工技術(shù)和可再生能源的耦合利用，為我國甲醇行業(yè)節(jié)能降碳提供了有力保障。對于航運業(yè)廣泛關(guān)注的可再生甲醇生產(chǎn)技術(shù)，我們的本土企業(yè)也在積極加大研發(fā)力度并且取得了顯著的成果，預(yù)計在2025年將會有商業(yè)化的產(chǎn)品投放市場，進(jìn)一步豐富了甲醇產(chǎn)業(yè)鏈也助力我國的能源安全和雙碳目標(biāo)。

甲醇船舶燃料的其他優(yōu)勢

甲醇應(yīng)用方式多樣

甲醇燃料在船舶上的應(yīng)用，可分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用兩種。直接應(yīng)用即甲醇可直接采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機形式，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為機械能，再由機械能轉(zhuǎn)化為動能推動船舶航行；也可直接由機械能轉(zhuǎn)為電能，采用電力推進(jìn)船舶航行。間接應(yīng)用又分為甲醇重整制氫燃料電池系統(tǒng)（RMFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）系統(tǒng)兩類，前者甲醇與高壓儲氫相比，是理想的液體儲氫、運氫載體，解決了氫燃料存儲難的問題，通過甲醇重整制氫裝置，以供燃料電池發(fā)電最終轉(zhuǎn)化為船舶動能，適用于中大型船舶上應(yīng)用，由中科院大連化學(xué)物理研究所成立的中科嘉鴻公司，已經(jīng)成功在佛山完成了我國自主是知識產(chǎn)權(quán)的首艘甲醇重整制氫燃料電池船，并在仙湖投入使用；后者直接甲醇燃料電池直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料來源，而不需通過甲醇重整制氫以供發(fā)電，直接甲醇燃料電池（DMFC）低溫生電、燃料成分危險性低與電池結(jié)構(gòu)簡單等特性，適用于功率密度較低、能量密度要求相對較高的領(lǐng)域，在內(nèi)河及庫湖區(qū)游船上具有較好的應(yīng)用場景。

甲醇船舶燃料技術(shù)較為成熟

醇是除了LNG外，較為成熟的船用替代清潔能源。甲醇的存儲、運輸、燃料供應(yīng)技術(shù)及安全性已經(jīng)在陸上和水上均得到了充分驗證。目前，甲醇作為船用燃料的關(guān)鍵是發(fā)動機的研制。國際上，曼恩、瓦錫蘭的甲醇燃料發(fā)動機已經(jīng)成功應(yīng)用在幾十艘國際航行船舶上，動力性能與傳統(tǒng)燃料油相當(dāng)，正在開發(fā)船用甲醇發(fā)動機的廠商還有ABC公司、WINGD等。同時，淄柴、玉柴、中船動力、安柴等也在大力開發(fā)不同功率的甲醇發(fā)動機，以滿足未來我國內(nèi)河沿海船舶的動力需求。

甲醇船舶燃料成本相對較低

甲醇的能量密度相對傳統(tǒng)燃油、LNG等燃料較低，但甲醇燃料成本和船舶改造成本均具有一定的優(yōu)勢。在燃料成本方面，根據(jù)測算，將不同的船用燃料價格等熱值換算后，甲醇的等熱值價格低于普通柴油、輕質(zhì)燃料油及LNG；在改造成本方面，與LNG相比，甲醇最大的優(yōu)勢在于其不需要低溫儲存和絕熱，可以通過防腐處理后使用船舶上原有的燃油存儲柜，不會造成裝貨空間損失，也不需要對現(xiàn)有船舶進(jìn)行較大的改造，對于新建船舶也更容易設(shè)計，額外增加的成本僅有LNG動力船舶的1/3左右。

甲醇船舶燃料發(fā)展相關(guān)政策和展望

交通運輸業(yè)作為我國能源消費大戶，近年來響應(yīng)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的號召，積極推動清潔能源和新能源應(yīng)用，新形勢下更是面臨較大的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的壓力。 國家先后出臺了多種政策及法律，尋求全行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，并特別鼓勵交通運輸行業(yè)使用清潔能源車輛、船舶，還明確在十四五期間，大力探索甲醇等新型動力船舶的應(yīng)用，以滿足未來的國際航運業(yè)法規(guī)的需要。表1匯總了支持甲醇動力船舶應(yīng)用和甲醇船燃的相關(guān)政策及法規(guī)。

表1 我國相關(guān)法律政策對甲醇船舶燃料的支持

在國內(nèi)和國外碳減排大趨勢下，船舶清潔能源替代大勢所趨。可再生甲醇毫無疑問是現(xiàn)階段能滿足碳中和目標(biāo)的最適合的液體燃料。當(dāng)然，目前可再生甲醇市場規(guī)模較小，尚處在發(fā)展階段，即使目前已經(jīng)宣布的可再生甲醇產(chǎn)能都得到有效釋放，仍難滿足快速增長的市場需求。所以在著眼可再生甲醇產(chǎn)能擴(kuò)張的同時，也要積極推廣甲醇船舶燃料的發(fā)展，一方面，讓更多的船東認(rèn)識到甲醇的優(yōu)勢，傳統(tǒng)甲醇和可再生甲醇在性能上沒有區(qū)別，接受由傳統(tǒng)甲醇向可再生甲醇過渡的這條路徑。等到可再生甲醇供應(yīng)能夠滿足行業(yè)需求的時候就可以自如地替代傳統(tǒng)甲醇，滿足客戶減碳的需求。另一方面，要集全產(chǎn)業(yè)鏈的合力，共同克服可再生甲醇規(guī)?；a(chǎn)所面臨的挑戰(zhàn)，包括：獲得低成本、清潔和可靠的電力，生物質(zhì)原料的高效收集利用，生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步革新，相關(guān)法律法規(guī)政策的支持，整條產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)環(huán)節(jié)的日趨成熟和完善等，從而在滿足減碳目標(biāo)的同時為航運業(yè)提供經(jīng)濟(jì)的可再生甲醇。

從法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)角度看，各相關(guān)機構(gòu)應(yīng)從全產(chǎn)業(yè)鏈的層面加快完善法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。國際海事組織《甲醇/乙醇燃料船舶安全臨時導(dǎo)則》和中國船級社《甲醇/乙醇燃料動力船舶檢驗指南》的出臺，在一定程度上促進(jìn)了甲醇作為船舶燃料的應(yīng)用。但同時，甲醇動力船舶燃料的加注配套設(shè)施建設(shè)、合規(guī)運營、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的制訂還未起步，甲醇在船舶上的應(yīng)用仍顯得任重而道遠(yuǎn)。故此，管理部門應(yīng)提速出臺甲醇燃料動力船舶檢驗法規(guī)，行業(yè)應(yīng)借鑒LNG動力船舶推廣的成功經(jīng)驗，在發(fā)展初期，聯(lián)合科研機構(gòu)制訂甲醇燃料動力船舶港口罐車加注作業(yè)技術(shù)要求等標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)甲醇在我國船舶上的應(yīng)用；同時應(yīng)與政府部門積極溝通，推進(jìn)水上加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂，建立綜合能源供給站，實現(xiàn)資源集約化，支撐和規(guī)范我國航運業(yè)的綠色、安全、高效發(fā)展。