DNV與MAN合作研究現有船隊雙燃料發動機改造實現預期減排

海事行業的脫碳目標具有多重性和復雜性。DNV與內燃機設計公司MAN Energy Solutions的一項合作有助于實現這些目標，即研究如何對現有海上船隊開展使用可持續燃料的雙燃料輪機改造。

為了使航運業實現脫碳、以充分滿足《巴黎協議》將全球升溫限制在1.5℃以內的目標，需要采取全生命周期方法，也稱為“從油井到尾氣排放”視角。這促使海事行業以一種全面的方式評估航運排放，并使船東擺脫“從油罐到尾氣”的方法，排放報告可以向上游延伸至燃料的生產。

“從油井到尾氣排放”視角提升了現有船隊的標準

雖然每年新交付的1500-2000艘二沖程船舶和750艘四沖程船舶采用了大量創新，但實現海上溫室氣體減排的最大挑戰來自現有商船隊，其中包括大約5.5萬艘二沖程內燃機船舶和約3萬艘四沖程內燃機船舶。

對現有船舶加以改造，使其能使用氨和甲醇等替代燃料，是海事行業實現預期減排的選擇之一。但改造之路充滿不確定性。

“除了提升能效和使用生物燃料，改造是幫助現有船隊實現脫碳目標的另一選擇”，DNV業務發展經理Christos Chryssakis表示，“但目前沒有強制要求進行改造，因此實現該目標的未來時間表尚不明確。”

生物燃料供給有限，在海事行業無法大面積推廣

目前，減少現有船隊排放最直接的方法，是使用可持續生物燃料驅動的單一燃料輪機。包括脂肪酸甲酯（FAME）和氫化植物油（HVO）在內的部分生物燃料具備了“即用型”特性，這意味著它們可以與現有的化石燃料混合使用。這對于船東來說是一種有吸引力的選擇，因為它提供了靈活的脫碳方式而無需大量的資本投資。

然而，生物燃料仍面臨著不少關鍵挑戰。盡管2022年是生物燃料消耗破紀錄的一年，但消耗量在海事能源結構中所占的比例僅為0.1%。

“其他行業對生物燃料的需求很高，而供應卻很有限”，Chryssakis指出，“這意味著海事行業可能很難獲得所需的生物燃料數量，并且價格會很高。因此，目前看來生物燃料不太可能成為實現整個海上船隊脫碳的靈丹妙藥。”

理論上，生物燃料是現有船舶實現碳中和的理想方式，但供應數量不足。

改造船隊是長期解決方案

由于目前生物燃料無法大面積推廣，把大型船舶改造為使用雙燃料輪機越來越被視為海事行業實現脫碳目標的方法之一。把單一燃料發動機改造為雙燃料發動機后，船舶發動機可以在常規燃料的引燃噴射下，使用第二種可持續燃料。雖然這種傳統燃料主要是傳統化石燃料，船舶也可以使用可持續生物燃料或合成燃料。

雙燃料改造已經用于將能源運輸船的輪機轉換為其運載的燃料，最常見的是液化天然氣（LNG）和液化石油氣（LPG）。這樣通�？梢詼p少約15-20%的碳排放，凸顯了這兩者作為過渡燃料的關鍵作用。然而，為了實現脫碳目標，還需要對全壽命周期內排放近零的燃料進行雙燃料改造，例如綠氨、綠色甲醇和電化燃料。

大型船舶最適合改造

根據DNV和MAN ES的評估，二沖程輪機船舶的關鍵改造技術要求是電控輪機，缸徑在50厘米以上并于2015年1月1日后進行海上試航。根據燃料類型不同，包括燃料儲存和供應系統在內的改造成本為500萬到1500萬美元不等，根據經驗來看，控制在新造船成本的25%以內才有經濟可行性。

通常一艘最低建造成本在5000萬美元左右的新船才適合這類改造。符合該標準的船舶包括5萬載重噸以上的油船、16萬載重噸以上的散貨船以及7000標箱以上的集裝箱船。在某些情況下，例如改為使用甲醇的船舶，成本可能會更低。而對于四沖程輪機，在8到15年前進行過海試的大缸徑輪機船舶最適合雙燃料改造。

“理論上現有全球商船隊中，僅有不到10%的船舶適合改造”，Chryssakis說，“由于成本和不確定性，我們還沒有見到這種情況，但可能會在未來五到十年間出現，特別是在2030年之后，屆時法規將真正開始發揮作用。不過，很難預測其中會有多少真正實現。”

IMO的部分現行法規阻礙了船東開展雙燃料改造

盡管一些國家推動IMO實現更大的雄心，目標是到2050年實現零排放，但該組織的部分法規阻礙了全球船舶快速、大規模地開展雙燃料改造。改造倡導者最擔心的是，為了使雙燃料改造符合氮氧化物標準，需要對完全相同的電控輪機類型開展母型機測試。但相對較新的輪機技術如甲醇和氨，并不適用于所有的缸徑尺寸，這意味著對于某些期望的雙燃料輪機改造，通常無法獲得測試母型機。

此外，部分老舊輪機型號例如使用重油（HFO）的輪機，不再適合新造船。這意味著哪怕船東想把HFO輪機改造為雙燃料輪機，也無法獲得新造船的母型機用于測試，因此根據現行IMO法規，改造變得異常困難。除非修改這一規定或者制訂新的導則，否則改造的步伐將受到嚴重阻礙。

輪機改造也面臨實際挑戰

大規模輪機改造之路也面臨其他諸多障礙。出于不同的商業優先事項考慮，有能力開展雙燃料改造的船廠數量有限。如果改造需求很大，可能會導致產能問題。此外，這類項目的復雜性以及當前最佳實踐的不確定性，也讓船東和船廠面臨潛在的巨額成本超支。替代燃料的成本高企也加大了船東對經濟性的擔憂。

“像氨和甲醇之類的燃料成本，對于希望減少溫室氣體排放但同時確保利潤的船東來說是一大問題”，Chryssakis說，“目前，這類燃料的價格遠高于傳統船用燃料，船東在將大量資本支出用于改造項目之前，需要確保其租船人愿意支付新增的燃料成本。”

營運中船隊的輪機改造面臨挑戰，因為改造既昂貴又復雜。

碳交易機制將消除價格差異

與傳統燃料相比，替代燃料的高成本將通過歐盟計劃于2024年實施的排放交易機制（ETS）得以解決，IMO也將在未來引入類似的碳定價機制。如果執行得當，將有助于消除新燃料與傳統燃料之間的成本差異，讓雙燃料改造具備長期的財務吸引力。

船東也需要得到保障，即港口及加注設施將擴大基礎設施規模，為改造后的輪機提供燃料。盡管這并非易事，卻是關鍵的組成部分，需要港口、私人能源供應商和政府開展大規模投資。鼓勵使用低碳燃料的法規如FuelEU Maritime，則有助于鼓勵更高水平的投資，IMO將在未來實施類似標準。

需要所有利益相關方的投入

如果要成功克服所有上述問題以及尚未遇到的問題，需要時間、也需要一系列利益相關方之間的協作。

“需要擴大船廠產能并開發能力，以實際和有性價比的方式開展改造”，Chryssakis認為，“輪機制造商需要時間和資金來開發最優的雙燃料解決方案。船級社需要盡可能多的信息來開發合適的雙燃料改造框架，確保船舶運營持續滿足最高的安全標準。”

所有這些都離不開堅實的法律框架，以及各國政府、IMO和其他監管機構的支持。最關鍵的是，海事行業還需要金融機構的支持，以獲得開展這項艱巨任務所需的資金。不少綠色融資方案如波塞冬原則已經得到落實，應鼓勵投資于雙燃料改造項目。

雙燃料改造是一項復雜而具有挑戰性的任務。不過大多數利益相關方都認同，如果海事行業真的想要實現其脫碳目標，那么成功實現雙燃料改造目標至關重要。