氫氣和燃料電池如何推動(dòng)航運(yùn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型

隨著脫碳成為航運(yùn)業(yè)的重要議題，氫氣和燃料電池在推動(dòng)航運(yùn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮著重要作用。受人尊敬的行業(yè)專家 Mikko Niini 向我們闡述了這個(gè)關(guān)鍵工業(yè)領(lǐng)域需要克服的挑戰(zhàn)，以及氫氣為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)的潛力。

航運(yùn)是可實(shí)現(xiàn)節(jié)能的運(yùn)輸方式之一，在全球貿(mào)易中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，運(yùn)輸著約 80% 的貨物（《2023 年海上運(yùn)輸審查》，聯(lián)合國(guó)貿(mào)易和發(fā)展會(huì)議）。另一方面，它也是全球溫室氣體排放的主要產(chǎn)出者，占人類活動(dòng)排放量的近 3%。

因此，航運(yùn)業(yè)面臨著脫碳的壓力。國(guó)際海事組織 (IMO) 于 2023 年修訂了《溫室氣體戰(zhàn)略》，設(shè)定如下目標(biāo)：到 2030 年溫室氣體排放量比 2008 年減少至少 20%，到 2040 年溫室氣體排放量比 2008 年減少至少 70%，到 2050 年實(shí)現(xiàn)國(guó)際航運(yùn)業(yè)溫室氣體凈零排fang。

歐盟正在大力推動(dòng)航運(yùn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，例如從 2024 年開(kāi)始將航運(yùn)業(yè)納入歐盟排放交易體系。船舶所有者和運(yùn)營(yíng)商面臨著巨大的挑戰(zhàn)，他們需要決定采用哪些替代燃料和節(jié)能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的脫碳目標(biāo)，同時(shí)遵守日益嚴(yán)格的國(guó)家和國(guó)際法規(guī)以及達(dá)成《巴黎協(xié)定》(COP21) 的目標(biāo)。

航運(yùn)中使用氫氣的挑戰(zhàn)

幾十年來(lái)，氫氣一直用于工業(yè)過(guò)程，包括石油精煉和冶金過(guò)程。它還用于生產(chǎn)氨和甲醇 — 這兩種燃料都是航運(yùn)業(yè)中傳統(tǒng)化石燃料的現(xiàn)實(shí)替代品。當(dāng)今氫氣面臨的一大挑戰(zhàn)是，大部分氫氣仍使用天然氣等化石燃料生產(chǎn)。此外，目前國(guó)際上仍未正式制定關(guān)于氫氣作為航運(yùn)燃料的規(guī)則和條例，國(guó)際海事組織 (IMO) 在這一問(wèn)題上的進(jìn)展也很緩慢。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是，與船用燃?xì)庥拖啾?，直接使用氫氣作為燃料需要船上更多的空間。它可以以液態(tài)形式儲(chǔ)存在 -253°C 以下，但這需要大量的能源和專門(mén)的儲(chǔ)存系統(tǒng)。由于氫氣極易爆炸，因此也帶來(lái)了一系列安全挑戰(zhàn)。

還有燃料基礎(chǔ)設(shè)施方面的問(wèn)題。為了使氫氣在航運(yùn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型中發(fā)揮作用，需要有基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)支持氫氣作為燃料的配送、儲(chǔ)存和供應(yīng)。目前，這種基礎(chǔ)設(shè)施還不存在。雖然紙面上的計(jì)劃很多，但在船級(jí)社、政府和供應(yīng)商履行各自的職責(zé)之前，我們不能指望航運(yùn)業(yè)取得重大發(fā)展。

挪威在海洋氫氣應(yīng)用方面處于領(lǐng)xian地位

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，挪威等國(guó)家/地區(qū)仍在推動(dòng)采用氫氣作為航運(yùn)燃料，并實(shí)施了廣泛的技術(shù)開(kāi)發(fā)和政府支持計(jì)劃。挪威之所以能夠走在前列，是因?yàn)榕餐J(rèn)為氫氣（尤其是綠色氫氣）對(duì)于到 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排fang至關(guān)重要?？傮w而言，挪威在航運(yùn)方面也處于世界領(lǐng)xian地位。

MF Hydra 渡輪是shi界上第一艘以液氫為動(dòng)力的渡輪，是多家公司合作的成果。該船使用聚合物電解質(zhì)膜 (PEM) 燃料電池。2024 年，一家挪威船廠獲得訂單，為航程三個(gè)半小時(shí)的博德 - 羅弗敦航線建造兩艘氫動(dòng)力渡輪，而 Torghatten Nord 于 2022 年贏得了該航線運(yùn)營(yíng)合同。

除挪威外，日本也是氫氣用于海洋應(yīng)用的xian行者。如果其他國(guó)家/地區(qū)要效仿，則必須加快制定有關(guān)航運(yùn)中使用氫氣的監(jiān)管規(guī)定。2017 年通過(guò)的《使用氣體或其他低閃點(diǎn)燃料的船舶國(guó)際安全規(guī)則》（IGF 規(guī)則）是重要的一步，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了一種明確定義的“替代設(shè)計(jì)方法"，可用于批準(zhǔn)氫氣燃料儲(chǔ)存和燃料供應(yīng)系統(tǒng)。

海洋環(huán)境中的燃料電池系統(tǒng)

燃料電池比內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)更高效，而且由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)部件少，因此也更安靜可靠。它們?cè)谑箽錃庾鳛殡娏ν七M(jìn)船舶的燃料成為可能方面展現(xiàn)出巨大的前景。目前已有多個(gè)海洋項(xiàng)目采用 PEM 燃料電池，ABB 是該領(lǐng)域的ling導(dǎo)者之一，其模塊化燃料電池解決方案可與船上的電池或發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合使用。

燃料電池在海事應(yīng)用中的使用仍處于起步階段，但與其他技術(shù)一樣，隨著公司和研究機(jī)構(gòu)匯集知識(shí)和資源，我們將看到快速的發(fā)展和規(guī)模上的擴(kuò)大。風(fēng)力發(fā)電行業(yè)就是一個(gè)很好的例子，表明了變化的速度能有多快。第一批海上風(fēng)電場(chǎng)采用的渦輪機(jī)容量約為 2-3 兆瓦，而最新項(xiàng)目中的渦輪機(jī)容量約為其六倍，為 15-20 兆瓦。

燃料電池將成為航運(yùn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要組成部分，尤其是對(duì)于越來(lái)越受歡迎的電動(dòng)船舶和混合動(dòng)力船舶而言。全電動(dòng)船舶已經(jīng)出現(xiàn)在較短的常規(guī)渡輪航線上，而混合動(dòng)力船舶正在迅速成為客滾渡輪領(lǐng)域的常態(tài)。

快速制定法規(guī)和開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要

航運(yùn)業(yè)已堅(jiān)定地走在脫碳和采用氫氣等替代燃料的路上。與監(jiān)管機(jī)構(gòu)和政府合作，下一個(gè)關(guān)鍵步驟是加快制定法規(guī)和安全規(guī)范，同時(shí)加快開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施，以使氫氣能夠作為能源得到更廣泛和更快速的應(yīng)用。

關(guān)于作者 

Mikko Niini 是自己開(kāi)辦的咨詢公司 Vientistrategit Oy 的shou席執(zhí)行官、Gaia Consulting 的高級(jí)顧問(wèn)以及芬蘭海事協(xié)會(huì)的主席。2014 年正式退休之前，他曾擔(dān)任 Aker Arctic Technology 的shou席執(zhí)行官。

過(guò)去 30 年來(lái)，Mikko 曾擔(dān)任過(guò)多個(gè)造船廠的領(lǐng)導(dǎo)管理職務(wù)。他曾擔(dān)任油輪資產(chǎn)管理公司 Navidom Ltd 和 Rauma Marine Constructions Ltd 的董事會(huì)主席。他還曾擔(dān)任 ESL Shipping、Nemarc Shipping Corporation、ZAO Arctic Shipping Service 和 Troms Offshore ASA 等公司的董事會(huì)成員。