LCO2運輸船迎來高光時刻

圖源/三菱重工

隨著“零碳意識”的加強，對于工業產生的二氧化碳的捕集、存儲成為各行業的要務，海事界對液態二氧化碳(LCO2)運輸船的關注也提升到了前所未有的全新高度。而為滿足綠色航運需求，很多綠色技術也應用其中。

迅速進入大型化陣列

2024年4月，中國船舶集團有限公司旗下大連船舶重工集團有限公司(簡稱大連造船)為殼牌(Shell)、道達爾能源(Total Energies)和Equinor聯合成立的合資公司北極光(Northern Lights)建造的全球首制7500立方米LCO2運輸船1號船、2號船出塢。正式交付后，兩船將應用于歐洲二氧化碳捕集及儲存計劃，收集歐洲工業產生的二氧化碳，運至挪威西海岸地區二氧化碳接收端碼頭加以處理后，注入海底地下2600米處永久封存。

繼Northern Lights在大連造船訂購2艘7500立方米LCO2運輸船后，2023年9月和12月，大船海工再獲2艘分別來自Northern Lights和貝仕集團(Schulte Group)的同型船訂單。作為全球首批專業服務于海上二氧化碳運輸與碳捕集及存儲業務的船舶，這些運力將為解決陸地二氧化碳排放做出積極示范。

上述4艘7500立方米LCO2運輸船由大連造船自主設計完成，擁有完全自主知識產權，總長約130米、型寬21.2米、結構吃水8米，配置由江蘇華滋能源工程有限公司(簡稱華滋能源)自主研發的中壓低溫獨立C型貨罐，單罐艙容3750立方米，設計壓力19barg，可耐零下35攝氏度低溫，滿足船舶在北歐寒冷地區的航行需要。華滋能源采用實體有限元單元對貨罐進行疲勞分析，此外聯合相關企業開發專用高強鋼板和配套焊接材料，精心制定的焊接和熱處理工藝滿足了相關船級社對裂紋尖端張開位移(CTOD)值的最嚴苛要求。該型船舶主機配置液化天然氣(LNG)與船用輕柴油(MGO)兩種燃料，高壓燃氣供應系統(FGSS)配套主甲板布置的2個250立方米LNG燃料罐以滿足綠色低碳航行需求，船舶硫氧化物和氮氧化物排放水平也滿足能效設計指數(EEDI)第三階段要求。

除可使用清潔能源外，融入清潔技術解決方案也是一種可以最大限度實現船舶綠色航行、降本節能的途徑。據悉，這4艘船舶除裝有空氣潤滑系統外，還配備由挪世航力(Norsepower)研發的筒轉帆。

除了為7500立方米LCO2運輸船設計的貨罐，華滋能源還成功開發了更大艙容的低壓貨罐解決方案，例如12000立方米雙葉貨罐和30000立方米貨罐已獲船級社頒發的原則性認可(AiP)證書。華滋能源去年還與相關方簽訂大型LCO2運輸船液貨艙用特種材料研發協議，通過材料研究、設計創新、焊接工藝突破等基礎技術研發，為20000立方米、40000立方米、80000立方米等各尺度船舶提供可行的關鍵儲運貨艙方案。

而大型LCO2運輸船市場正是一個全新且競爭激勵的領域。

去年年底，大連造船在第21屆中國國際海事技術學術會議和展覽會上正式發布12000立方米及20000立方米LCO2運輸船船型設計，并獲船級社頒發的AiP證書。12000立方米LCO2運輸船在實船產品基礎上進行擴容升級，在保持中壓儲艙技術優勢前提下，顯著提升船舶運輸能力，其儲艙和液貨系統技術成熟、船型尺度適中、適港性強，市場優勢明顯。20000立方米LCO2運輸船是大連造船以新型高強度低溫鋼和貨物系統為突破口，成功研發的低壓船型，為LCO2運輸船的大型化發展提供了全新路徑。

低壓設計為LCO2運輸船大型化提供了空間。船舶大型化非常重要，大艙容LCO2運輸船不僅可以更有效地運輸二氧化碳，還能減少航行次數、提高整體效率。結合應對氣候變化和有效實施碳捕獲所需的二氧化碳運輸規模來看，這一點非常重要。睿咨得能源(Rystad Energy)預測，到2030年，市場需要一支由55艘LCO2運輸船組成的船隊來滿足未來碳捕集、利用與封存(CCUS)項目所需。

中國船舶集團有限公司旗下中國船舶及海洋工程設計研究院最新研發的40000立方米LCO2運輸船正是瞄準了日趨增長需求。這艘新一代大型LCO2運輸船專業服務于CCUS項目，總長239米、型寬30米，配置LNG雙燃料主機和軸帶發電機，液貨系統采用創新的低壓方案，同時可兼容運輸液化石油氣(LPG)和氨，具有較好的營運靈活性和經濟性。隨著CCUS作為碳中和的有效手段而持續受到高度關注，這艘40000立方米LCO2運輸船的成功推出一定會吸引更多船東的極大興趣。

已獲全球最大型船訂單

今年4月，世進重工(Sejin)展示了一組總艙容22000立方米的貨罐，這對貨罐將安裝在希臘船東Evangelos Marinakis旗下公司Capital Maritime訂造的22000立方米LCO2運輸船上。

去年7月，HD現代旗下HD韓國造船海洋(HD KSOE)與Capital Maritime簽訂2艘22000立方米LCO2運輸船建造合同，今年2月，又追加2艘同型船訂單。這是目前全球船廠手持LCO2運輸船訂單中的最大型船，該系列船采用新型鋼材料制造的C型貨罐，船長159.9米、型寬27.4米、型深17.8米，除LCO2外，還可運輸LPG、氨和氯乙烯單體(VCM)等多種液化氣體貨物等多種液化氣貨物。HD現代尾浦計劃于2025年下半年陸續交付該系列船舶。

為滿足減排要求，這4艘LCO2運輸船采用氨燃料預留設計，以便未來轉換為氨燃料，從而實現碳中和運營。另悉，Capital Maritime目前還在參與HD現代尾浦進行的30000立方米LCO2運輸船項目研發。

為適應未來不同商業模式的市場運輸需求，HD KSOE其實在幾年前就與相關方開始共同研發中壓12000立方米、低壓22000立方米和30000立方米LCO2運輸船，并獲40000立方米LNG雙燃料LCO2運輸船AiP證書。2022年6月，HD現代對貨物存儲和操作系統進行升級，與相關方合作開發的74000立方米LNG雙燃料LCO2運輸船獲AiP認證，該船船長約284米、型寬約42米，不僅大幅提升了其載貨量，而且適航于全球多座港口。

除HD現代外，韓華海洋和三星重工也較早進入40000立方米或更大型LCO2運輸船領域。

2023年5月，由大宇造船(DSME)負責船舶基本結構設計及貨物裝卸系統概念設計的40000立方米LCO2/液氨運輸船獲得船級社頒發的AiP證書。這是大宇造船繼完成12500立方米和70000立方米LCO2運輸船設計后，在LCO2運輸船建造領域的又一代表作。4個月后，已完成更名的大宇造船(即韓華海洋)與希臘船東Ecolog、英國巴布科克(Babcock)液化氣體解決方案供應商Babcock LGE簽訂聯合開發40000立方米LCO2/液氨運輸船協議。根據協議，簽約方針對船舶航行過程中產生的溫室氣體進行最小化排放方案研究，以開發更具市場競爭力的LCO2運輸船。12月，在完成低壓二氧化碳貨物運營系統實證測試后，韓華海洋自主研發的LCO2/液氨運輸船貨運系統、LCO2運輸船再液化系統和船載二氧化碳捕集系統(OCCS)獲得船級社頒發的AiP證書。

而為了更早服務CCUS項目，2021年，當時的大宇造船還與合作伙伴著手研發了艙容70000立方米LCO2運輸船，這使其成為全球首次正式公開開發超大型LCO2運輸船的船企，在此之前，該船企甚至還曾對10萬立方米LCO2運輸船船型進行過概念性研究。

2023年6月，三星重工推出的一型40000立方米LCO2運輸船獲得船級社頒發的AiP證書，該型船優化了貨載空間和船舶性能，采用適用于大型罐體的高強度低溫材料獨立雙葉C型貨罐，以確保其在低溫環境下也能有足夠的強度和耐久性，再液化系統可將汽化的二氧化碳冷卻并送回罐中。LCO2密度高于LNG，因此需要對貨艙、儲罐和支撐結構的結構安全進行更深入驗證。為該船出具AiP證書的船級社通過評估高壓力區域的結構強度和疲勞強度分析，證明了該型LCO2運輸船的安全可靠性。

交付全球首艘CCUS項目用船

雖然中國和韓國在大型LCO2運輸船研發方面處于領先，但全球首艘專用于CCUS項目的LCO2運輸船實船卻來自日本。

2021年初，新來島造船(Sanoyas)與其合作伙伴上野(Transtech)共同推出的LCO2運輸船取得全球首個該類船AiP證書。該船型在二氧化碳貨艙前配備一個專門用于二氧化碳壓入的系統，可滿足海床封存需求，主推進系統采用雙軸全回轉推進方式，船尾設計為可以減少船體阻力的Buttock-Flow型，既滿足海上進行二氧化碳封存作業所需的位置穩定要求，又保證了適合遠洋航行的推進性能。

2023年11月，由三菱重工集團旗下三菱造船建造的世界上第一艘用于CCUS項目的LCO2運輸試驗船“EXCOOL”交付。“EXCOOL”船長約72米、型寬約12.5米、吃水4.55米，艙量1450立方米。該船船東為山友汽船，是日本經濟產業省下轄新能源產業綜合開發機構(NEDO)“CCUS研究開發和示范項目/苫小牧CCUS大規模示范試驗/二氧化碳運輸示范試驗/二氧化碳船舶運輸相關技術開發及示范試驗”項目的一部分，由共同實施NEDO項目的GAS LINE租賃，通過二氧化碳運輸示范試驗收集和分析運行數據，以幫助日本更好地參與未來CCUS項目和二氧化碳海上運輸，建立大艙容、長距離的LCO2海運技術。

除“EXCOOL”外，三菱造船還與商船三井合作完成了LCO2/液氨運輸船概念研究，從而滿足市場對這兩種液貨運輸的增長需求。隨著船舶綠色化發展，氨將被廣泛應用于燃料，而LCO2運輸船則會在CCS和CCUS價值鏈中發揮至關重要的作用。三菱造船與商船三井的合作項目可在去程時運載液氨，返程時運載液態二氧化碳，較常規單一特定液體貨物運輸船返程空載情況而言，該船全航程運輸效率優勢明顯。據悉，該LCO2/液氨運輸船艙容約50000立方米。

在此基礎上，三菱造船、日本造船、三井物產和三菱商事就遠洋LCO2運輸船開展合作研究簽署諒解備忘錄，旨在通過二氧化碳的大規模海上運輸來完成將從2028年起在日本啟動二氧化碳捕集與封存(CCS)項目。目前日本造船已開始與三菱造船討論聯合開發項目，首船訂單或于2027年下水。

除此之外，商船三井還與馬來西亞合作伙伴就在亞太地區推進LCO2運輸船的商業化部署簽署協議，未來面向不同營運場景投入14000立方米和87000立方米LCO2運輸船。

三菱造船與日本郵船聯合開發的LCO2運輸船也已獲得船級社頒發的AiP證書。同樣，這艘LCO2運輸船也在去程將氨運至相應的火力發電廠，返程再將火力發電廠排放的二氧化碳運送到指定的存儲地點。

與日本相似，歐洲也對服務于CCUS的LCO2運輸船有更多需求。北歐地區CCUS項目頗多，因此出現了專門為歐洲水域航行設計的新型LCO2運輸船。

丹麥船舶設計公司Knud E Hansen設計的LCO2運輸船采用C型貨罐和高效的氣體再液化技術，配備2臺雙艉鰭對轉螺旋槳推進系統設計，不僅大幅節省燃料、提高效率，船舶動力定位系統還有助于保持位置穩定。不久前，德國內河航海企業HGK Shipping也宣布為歐洲水道建造一種新型LCO2/液氨運輸船，該船船長約135米、型寬約17.5米，液貨裝載量明顯大于目前歐洲內河水域同尺度氣體運輸船。重要的是，這艘LCO2/液氨運輸船具備還采用了氨預留設計，這讓負責全球工業綠色化的載體有了更綠色的體現。

需要說明一點，中壓方法液化雖可與很多碼頭的儲存設施兼容，但是這種選擇對船舶設計造成一些限制，導致貨載總量變小，進而增加船舶尺寸。這對于運輸需求高且通航水域復雜的國家或地區而言，效率顯然不佳。

需求相似者因此有了更廣泛合作，尤以日本郵船眼界更廣。2022年，日本郵船與挪威船舶運營商Knutsen成立合資公司Knutsen NYK Carbon Carriers(KNCC)，利用Knutsen開發的PCO2貨罐系統(后由KNCC升級為LCO2-EP貨罐系統)在全球范圍內進行液化二氧化碳海上運輸和存儲的商業開發。相關資料顯示，LCO2-EP貨罐系統基于氣瓶型二氧化碳密封系統，在環境溫度0-10攝氏度和高達40巴壓強的情況下將二氧化碳下儲存在垂直堆疊的較小直徑管段中，而非低溫儲存于大型貨罐。這可降低了壓力變化風險，從而避免干冰形成，并消除部分或滿載工況下的晃蕩效應。由于不需要冷卻到低溫，LCO2-EP貨罐系統使二氧化碳在封存之前更容易得到處理。另外這種概念具有可擴展性，在運載量方面提供了很大靈活性，未來或將助力LCO2運輸船市場進一步發展。