付建強

（海德威科技集團（青島）有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

甲醇是一種清潔、高效、低碳液體燃料。用甲醇作為船用燃料，將在很大程度上對現(xiàn)存的能源結構進行積極調整，有助于實現(xiàn)溫室氣體減排目標。為滿足日益嚴格的碳排放標準，LNG在過去數(shù)年中受到航運界的青睞；但現(xiàn)階段越來越多的案例和研究表明，甲醇燃料以其環(huán)保、經(jīng)濟性、可獲取性等諸多優(yōu)勢，成為航運業(yè)關注的焦點。

1 船用甲醇燃料的應用現(xiàn)狀及優(yōu)勢

1.1 船用甲醇燃料的應用現(xiàn)狀

2018年，國際海事組織（IMO）通過了全球溫室氣體減排戰(zhàn)略。該政策框架設定了關鍵目標，將2030年和2050年的全球海運CO2排放量分別降至2008年的60%和30%。為達成上述目標，甲醇燃料成為航運業(yè)轉型過程中的一種選項。目前，甲醇已被用作船舶燃料，雖然僅處于初始階段，但均取得了成功。2015年，“Stena Germanica”號渡輪被成功改裝成為商用甲醇動力船，船用甲醇燃料技術從此開始在船舶上實施。近年來，隨著對甲醇燃料應用研究的深入，甲醇燃料已規(guī)模化、標準化、工程化、廣泛化應用于車用燃料、供熱燃料和灶具燃料等領域，但在船舶燃料領域未得到大面積推廣。而在2021年，面對日益嚴峻的環(huán)保減排壓力，航運界巨頭在海船上率先使用甲醇作為船用燃料，并有加速發(fā)展的趨勢。

2015年，Stena Line與Methanex合作改裝首艘商用動力渡輪“Stena Germanica”之后，全球在營20多艘商用甲醇動力船型主要是甲醇運輸船/油輪。而近年來，隨著一系列試點項目和研究的深入，越來越多的航運企業(yè)已開始布局甲醇動力船（見表1），實現(xiàn)了甲醇動力船舶多元化的跨越[1]。

表1 甲醇燃料船舶項目概覽

此外，一些發(fā)動機制造商、船舶設計單位、港務局/海事局、造船廠和燃料生產(chǎn)商也陸續(xù)推出了關于甲醇燃料的新設備、新設計和新方案。曼恩能源于2015年推出了能夠燃燒甲醇的低速雙燃料發(fā)動機；2020年，為ME-C型發(fā)動機提供多種改造選擇，其中包含LGIM（甲醇）款型。2021年11月，該公司表示其計劃升級四沖程發(fā)動機，并于2022年提供改裝成甲醇動力發(fā)動機的設計，預計將于2024年提供四沖程甲醇動力發(fā)動機的解決方案。近期，發(fā)動機制造商瓦錫蘭推出了Wartsila 32甲醇動力發(fā)動機；卡特比勒公司也宣布將投資開發(fā)甲醇燃料船舶發(fā)動機技術；羅爾斯·羅伊斯公司也宣布該公司動力系統(tǒng)業(yè)務部門正在開發(fā)使用甲醇MTU高速四沖程發(fā)動機。2022年2月，由中國船舶集團旗下大船集團和中遠海運能源運輸股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的綠色甲醇燃料動力VLCC船型設計方案獲得了DNV和CCS船級社獨立頒發(fā)的AIP原則性認可證書。同月，由海德威科技集團自主研發(fā)的海洋衛(wèi)士?船用甲醇燃料供給系統(tǒng)，取得了RINA船級社授予的AIP原則性認可證書。3月，由中國船舶集團七一一所自主研發(fā)的首臺（套）SMBS20-38-2A型船用甲醇燃料加注單元順利發(fā)運交付客戶，并已于4月份完成首次船岸加注。同一時期，綠色技術銀行與馬士基集團就綠色甲醇供應簽署諒解備忘錄。綠色技術銀行表示，從2024年起，將攜手中國企業(yè)，每年向馬士基提供50000 t綠色甲醇，作為這家集裝箱航運物流跨國公司的船舶燃料，后續(xù)有望增至每年30×104t。

1.2 船用甲醇燃料的優(yōu)勢

1）可降低污染物排放

燃料油因產(chǎn)地不同含硫量不一。LNG在液化前需要進行脫除原料天然氣中的硫化氫、二氧化碳、水分、重烴和汞等雜質的預處理[2]。而甲醇基本不含硫，甲醇動力發(fā)動機的SOX排放（來自于引燃油）可明顯降低，能夠滿足IMO排放控制區(qū)的要求。

在CO2排放方面，與燃料油相比，LNG、藍色甲醇與灰色甲醇在燃料燃燒（Tank-to-Wake）階段減排CO2的程度相差不大；但LNG受甲烷排放的影響，根據(jù)燃料發(fā)動機類型的不同，其溫室氣體減排能力將被削弱10%～23%。然而考慮到整個生命周期（Well-to-Wake）中所有溫室氣體排放，而不是僅僅CO2，綠色甲醇與常規(guī)化石燃料相比，極大程度上實現(xiàn)了碳中和。

2）便于運輸與儲存

從基礎設施的角度看，甲醇有利于運輸。根據(jù)全球甲醇行業(yè)協(xié)會的研究顯示，甲醇作為重要的化工原料，在前100個國際港口中有80多個已經(jīng)具備了支持甲醇的加注設施。同時甲醇在常溫常壓下呈液態(tài)，與LNG相比，甲醇的優(yōu)勢在于其不需要絕熱和低溫儲存，可以改造除壓載水艙以外不用于其他用途的雙層底艙用做燃料艙。

3）較低的改造成本

在燃油發(fā)動機改造成本方面，改造成甲醇動力比改造成LNG動力低得多。在加注配套成本方面，甲醇只需在現(xiàn)有的大量的燃油加注基礎設施上稍作改動，與LNG需要專用加注碼頭或特定的駁船相比，則大大減少了岸上所需的投資。

2 船用甲醇燃料的問題及發(fā)展趨勢

2.1 甲醇用作船用燃料的風險

1）毒性。在環(huán)境方面，與傳統(tǒng)碳氫化合物相比，甲醇溢出或泄露造成的影響很小。但對人類而言，甲醇有毒。皮膚接觸液態(tài)甲醇會引起刺激、干燥、開裂或灼傷。甲醇在人體中（攝入或皮膚吸收）會氧化產(chǎn)生甲酸和甲醛。一次性攝入10 mL純甲醇會破壞人體視神經(jīng)，引起視力模糊，甚至雙目失明，攝入100 mL左右，可致人死亡。與傳統(tǒng)船用燃料相比，甲醇更具危險性，這就對船員的培訓、操作及風險處置提出了更高的要求。

2）腐蝕性。甲醇對鋁合金、鍍鋅鋼和鉛合金等金屬材料有腐蝕作用，對塑料和橡膠有溶脹作用，從而會對塑料和橡膠零件、噴油泵零件和高壓燃料等部件產(chǎn)生不利影響[3]。甲醇和燃料系統(tǒng)組件的兼容性問題隨著甲醇含量的增加而增加，并且甲醇燃料已被證明會導致燃料系統(tǒng)中的軟組件收縮、硬化、膨脹或軟化。

3）在大多數(shù)火災中，可燃材料，如建筑材料、機油、軟墊、油漆等，都會伴有煙霧和可見火焰。然而，與船用燃料油不同的是，甲醇在常溫下會著火并燃燒；當其高純度燃燒時，這種火焰在白天幾乎不可見，使其火焰檢測更具挑戰(zhàn)性。在某些情況下，火災存在的唯一證據(jù)是輕微的熱霧。因此，甲醇需要特殊的安全防護協(xié)議。

2.2 甲醇用作船用燃料的挑戰(zhàn)

盡管甲醇作為船用燃料受到廣泛關注，但仍面臨技術標準、產(chǎn)能供應、技術創(chuàng)新、燃料成本等諸多挑戰(zhàn)。

1）技術標準

甲醇是全球五大海運化學品之一，已安全裝載和運輸了50多年，在此期間不少船級社和行業(yè)協(xié)會已制定了許多安全準則和指南。盡管如此，彼此間仍存在較大差異，尚未規(guī)范統(tǒng)一化。2019年，船用甲醇燃料雖然得到國際海事組織（IMO）的認可；2020年IMO海上安全委員會第102屆會議（MSC102）批準了《使用甲醇/乙醇作為燃料的船舶安全暫行指南》，該指南明確規(guī)定了安全使用船用甲醇/乙醇作為燃料應當注意的各個方面的要求，但起草的IGF Part A-2“甲醇/乙醇作為船舶燃料”，至今尚未獲得IMO IGF規(guī)則的最終認可[4]。

2）產(chǎn)能供應

據(jù)ICIS統(tǒng)計，2020年全球甲醇產(chǎn)能約1.5億噸/年，產(chǎn)量約1.08億噸，2011～2020年增長率達7.2%。由此可見，甲醇資源豐富，生產(chǎn)技術成熟，具備大規(guī)模生產(chǎn)供應能力。然而在2010年之后，全球船用燃料的需求約為3億噸/年，并考慮到甲醇的能量密度約為燃料油的一半，對應的甲醇需求將超過6億噸/年。同時根據(jù)IHS Markit調查研究，當前綠色甲醇占全球甲醇市場份額不到1%；以歐洲為例，到2027年綠色甲醇產(chǎn)能才有望達到約120萬噸/年，既使所有已經(jīng)宣布的綠色甲醇項目都按期建成投產(chǎn)，也只能滿足綠色甲醇作為燃料50%的潛在需求。因此為實現(xiàn)航運脫碳，確保足夠的綠色甲醇將是一項嚴峻的挑戰(zhàn)。

3）技術創(chuàng)新

甲醇用作船舶燃料，可適用于二沖程和四沖程發(fā)動機，只需對船舶的發(fā)動機和燃料供應系統(tǒng)進行較小改動即可，所需額外成本相對較低。但就目前市場來看，傳統(tǒng)甲醇一般被認為是航運業(yè)實現(xiàn)脫碳目標的過渡性替代燃料，這是因為在未來20年，電制甲醇和生物甲醇的發(fā)展存在一定的不確定性。電制甲醇是由捕獲的二氧化碳與可再生能源產(chǎn)生的綠色能源所制造的氫氣催化合成。生物甲醇是由生物質資源制取的合成氣在一定壓力和溫度下催化合成。兩者均需滿足一定的條件進行催化合成，而且綠色甲醇，與傳統(tǒng)甲醇相比，還面臨著整體轉化效率低的問題。

4）燃料成本

根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）報告，化石源甲醇的生產(chǎn)成本為100～250美元/噸，生物源甲醇的生產(chǎn)成本為320～770美元/噸，合成甲醇的生產(chǎn)成本為1200～2400美元/噸?？梢?，當前綠色甲醇的成本至少是傳統(tǒng)船用燃料的2倍，未來裝有綠色甲醇動力發(fā)動機的船舶前幾年成本將比傳動動力船舶高出約15%。如此來看，綠色甲醇與傳統(tǒng)船用燃油相比無優(yōu)勢，與LNG相比僅在特定環(huán)境下具有一定優(yōu)勢。

3 對船用甲醇燃料未來發(fā)展的建議

1）完善標準體系。為實現(xiàn)船用甲醇燃料安全有序的發(fā)展，完善的標準體系和監(jiān)管標準需要擺在第一位。在船舶設計與布置、燃料維護系統(tǒng)和通風等技術方面，達成標準統(tǒng)一化；在船用甲醇燃料加注、岸基加注站改造與新建方面，形成標準規(guī)范化；在船用甲醇燃料生產(chǎn)、運輸、補給、使用安全等方面，形成監(jiān)管系統(tǒng)化。

2）發(fā)展相應的配套設施。擴大甲醇生產(chǎn)規(guī)模，以滿足工業(yè)原料和航運燃料的需求；逐漸配套發(fā)展甲醇水上加注站和加注船，建立相對完善的加注設施；提高船用甲醇燃料動力設備、燃料供給系統(tǒng)和安保系統(tǒng)等研發(fā)創(chuàng)新和合作，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定。為更好更快地做好以上配套設施的建設，可以發(fā)揮積極的碳稅激勵和約束作用，以確保市場環(huán)境安全穩(wěn)定，促進甲醇燃料船舶及配套設施健康可持續(xù)發(fā)展。

4 結語

在全球溫室氣體減排的大背景下，航運業(yè)的燃料結構也將由單一的化石燃料向不同的綠色燃料轉變。短期來看，船用甲醇燃料既可以滿足IMO 2030溫室氣體減排目標，又可以解決營運船舶改造成本高的問題，是當前替代能源中的最佳選擇之一。從長期來看，雖然甲醇還面臨著不少問題，但隨著未來相關技術的開發(fā)和升級，船用甲醇燃料也將具有廣闊的應用市場。