氨：低碳船舶燃料“新选择”——船舶氨燃料动力技术及标准初探

“低碳宣言”

2018年4月，IMO海洋环境保护委员会（MEPC）第72届会议通过了《船舶温室气体减排初步战略》，提出尽快减少船舶温室气体排放的计划，目标到2050年将国际航运的温室气体排放量比2008年减少50%以上，2100年前尽快实现温室气体零排放。

2020年9月22日，在第75届联合国大会上，习近平主席表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

为实现上述目标，不仅需要从技术和营运方面提高船舶能效，还需进一步调整船用燃料的结构。使用低碳或碳中和燃料，或是实现航运业低碳减排的“新选择”。

氨燃料动力技术现状

氨燃料作为零碳能源，可有效地降低碳氧化物和硫氧化物，使船舶满足未来EEDI要求，实现真正意义上的“零”排放。

• 技术优势：氨燃料易储存和运输、能量密度较高、产业基础完善、生产成本低，具有明显的优势。同时，氨还可作为固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池及碱性膜燃料电池，利用已有的燃料电池技术，在催化剂的作用下，氨燃料在相同的温度下能够达到与氢燃料相近的功率密度，被认为是可替代氢用于燃料电池的理想燃料。
• 技术挑战：但氨燃料与其它燃料相比，仍存在燃烧性较差、具有毒性和腐蚀性、燃烧会导致氮氧化合物排放等问题，因此，氨作为船用燃料，在输送、存储、后续处理、燃烧控制等方面至关重要。目前，国内外在积极开展船舶氨燃料动力技术相关研究，并取得了一定成果。

产业现状

挪威、芬兰等欧洲国家对于环保要求十分严苛，很多港口计划施行“零排放”，因此在清洁替代能源的研发和应用方面起步较早。

芬兰船用发动机制造商瓦锡兰、挪威海工船东Eidesvik以及挪威国有能源公司Equinor正在合作研发一艘以氨燃料电池为动力、可完成远距离航行的零排放大型船舶，预计最早将于2024年下水，届时将成为首艘航行于公海的商业化氨动力船。

在造船强国方面，韩国造船企业正在致力研发氨燃料推进船舶，抢占绿色动力能源技术制高点。

2020年7月，现代尾浦造船设计的50000载重吨氨动力中程成品油船(MR型船)获得了英国劳氏船级社（LR）原则性批准（AIP），预计2025年实现商业化运营。

日本邮船(NYK)、日本造船联合（JMU）和日本船级社（NK）签署联合研发协议，合作商业化以氨气为主要燃料的氨动力氨气运输船（A-FAGC）和氨气浮式储存再气化驳船(A-FSRB)。

其中，A-FSRB配备专门用于氨气的浮动储存和再气化设施，以稳定氨燃料供应；A-FAGC可使用货物中的氨作为船用燃料。

图1  氨气运输船

在国内方面，我国的科研院所、总装建造企业、动力企业、船检机构、高校等也在加紧开展联合攻关，不断致力于新能源的应用研究。

2019年，上海船舶研究设计院结合主机厂商的最新成果，完成了18万吨氨燃料散货船的开发设计，并取得劳氏船级社的原则性批准（AIP）证书，该船型全程氨燃料推进，满足主机零碳排放要求。

2020年10月，江南造船（集团）有限责任公司与劳氏船级社（LR）及瓦锡兰合作，研发设计的氨燃料(NH3)动力超大型液化气体运输船(VLGC)获得船级社颁发的AIP证书，此次氨燃料（NH3）动力VLGC原则性认可在全球范围内尚属首次。

图2 氨燃料动力拖船概念图

氨燃料应用技术报告及标准现状

在船级社发布的研究成果方面，2020年10月美国船级社（ABS）发布了可持续性发展白皮书《船用燃料—氨》，其中分析了氨作为船用燃料在设计和运营中的挑战。2021年1月，韩国船级社(KR)发布了《氨燃料动力船报告》，其中包括通过对氨、氢、甲醇、液化天然气等新一代环保燃料之间的比较，对氨特性进行分析等技术信息内容，还收录了各种安全规定等信息，同时提出了今后开发氨燃料动力船舶指南时应考虑的事项。

在国际国外标准方面，目前船舶氨燃料动力相关国际标准主要国际标准化组织（ISO）、国际电动委员会（IEC）发布的相关标准，主要涉及氨燃料运输、储存、燃料电池等领域。

同时，国际自动化学会（ISA）、美国材料实验协会（ASTM）等相关协会团体也发布了相关标准，主要涉及氨燃料试验、测试等相关领域，具体情况见下表。

表 国际国外氨燃料动力相关标准

在国内标准方面，为了规范和引领国内氨能产业发展，全国能源基础与管理标准化技术委员会（SAC/TC20）、全国化学标准化技术委员会（SAC/TC63）、全国废气化学品处置标准化技术委员会（SAC/TC294）等开展了关于氨燃料生产、排气处理相关标准的研制工作，但涉及氨燃料储存、加注、运输、应用、维护等全产业链的标准尚存较大空白。

标准化建议

氨作为一种价值高、风险低的无碳燃料，可以同时满足经济性和供给稳定性的要求，因此作为未来船舶燃料之一而备受业界瞩目，但氨燃料应用的相关技术仍不成熟，配套标准仍存空白，为促使标准与技术共同协调发展，建议紧密结合船用氨燃料动力技术发展现状，加强氨燃料发动机运行、安全，氨燃料动力船体设计、燃料供给系统设计、氨气推进系统设计，氨燃料生产、运输、储存、排气处理等方面标准的预先研究，为我国船用氨燃料动力技术发展提供支撑和保障。

来源：中国船舶标准化