氫氣和燃料電池如何推動航運業綠色轉型

隨著脫碳成為(wei) 航運業(ye) 的重要議題，氫氣和燃料電池在推動航運業(ye) 綠色轉型方麵發揮著重要作用。受人尊敬的行業(ye) 專(zhuan) 家 Mikko Niini 向我們(men) 闡述了這個(ge) 關(guan) 鍵工業(ye) 領域需要克服的挑戰，以及氫氣為(wei) 行業(ye) 發展帶來的潛力。

航運是可實現節能的運輸方式之一，在全球貿易中發揮著至關(guan) 重要的作用，運輸著約 80% 的貨物（《2023 年海上運輸審查》，聯合國貿易和發展會(hui) 議）。另一方麵，它也是全球溫室氣體(ti) 排放的主要產(chan) 出者，占人類活動排放量的近 3%。

因此，航運業(ye) 麵臨(lin) 著脫碳的壓力。國際海事組織 (IMO) 於(yu) 2023 年修訂了《溫室氣體(ti) 戰略》，設定如下目標：到 2030 年溫室氣體(ti) 排放量比 2008 年減少至少 20%，到 2040 年溫室氣體(ti) 排放量比 2008 年減少至少 70%，到 2050 年實現國際航運業(ye) 溫室氣體(ti) 淨零排fang。

歐盟正在大力推動航運業(ye) 綠色轉型，例如從(cong) 2024 年開始將航運業(ye) 納入歐盟排放交易體(ti) 係。船舶所有者和運營商麵臨(lin) 著巨大的挑戰，他們(men) 需要決(jue) 定采用哪些替代燃料和節能技術來實現自己的脫碳目標，同時遵守日益嚴(yan) 格的國家和國際法規以及達成《巴黎協定》(COP21) 的目標。

航運中使用氫氣的挑戰

幾十年來，氫氣一直用於(yu) 工業(ye) 過程，包括石油精煉和冶金過程。它還用於(yu) 生產(chan) 氨和甲醇 — 這兩(liang) 種燃料都是航運業(ye) 中傳(chuan) 統化石燃料的現實替代品。當今氫氣麵臨(lin) 的一大挑戰是，大部分氫氣仍使用天然氣等化石燃料生產(chan) 。此外，目前國際上仍未正式製定關(guan) 於(yu) 氫氣作為(wei) 航運燃料的規則和條例，國際海事組織 (IMO) 在這一問題上的進展也很緩慢。

另一個(ge) 挑戰是，與(yu) 船用燃氣油相比，直接使用氫氣作為(wei) 燃料需要船上更多的空間。它可以以液態形式儲(chu) 存在 -253°C 以下，但這需要大量的能源和專(zhuan) 門的儲(chu) 存係統。由於(yu) 氫氣極易爆炸，因此也帶來了一係列安全挑戰。

還有燃料基礎設施方麵的問題。為(wei) 了使氫氣在航運業(ye) 綠色轉型中發揮作用，需要有基礎設施來支持氫氣作為(wei) 燃料的配送、儲(chu) 存和供應。目前，這種基礎設施還不存在。雖然紙麵上的計劃很多，但在船級社、政府和供應商履行各自的職責之前，我們(men) 不能指望航運業(ye) 取得重大發展。

挪威在海洋氫氣應用方麵處於(yu) 領xian地位

盡管麵臨(lin) 這些挑戰，挪威等國家/地區仍在推動采用氫氣作為(wei) 航運燃料，並實施了廣泛的技術開發和政府支持計劃。挪威之所以能夠走在前列，是因為(wei) 挪威政府認為(wei) 氫氣（尤其是綠色氫氣）對於(yu) 到 2050 年實現淨零排fang至關(guan) 重要。總體(ti) 而言，挪威在航運方麵也處於(yu) 世界領xian地位。

MF Hydra 渡輪是shi界上第一艘以液氫為(wei) 動力的渡輪，是多家公司合作的成果。該船使用聚合物電解質膜 (PEM) 燃料電池。2024 年，一家挪威船廠獲得訂單，為(wei) 航程三個(ge) 半小時的博德 - 羅弗敦航線建造兩(liang) 艘氫動力渡輪，而 Torghatten Nord 於(yu) 2022 年贏得了該航線運營合同。

除挪威外，日本也是氫氣用於(yu) 海洋應用的xian行者。如果其他國家/地區要效仿，則必須加快製定有關(guan) 航運中使用氫氣的監管規定。2017 年通過的《使用氣體(ti) 或其他低閃點燃料的船舶國際安全規則》（IGF 規則）是重要的一步，因為(wei) 它實現了一種明確定義(yi) 的“替代設計方法"，可用於(yu) 批準氫氣燃料儲(chu) 存和燃料供應係統。

海洋環境中的燃料電池係統

燃料電池比內(nei) 燃機和燃氣輪機更高效，而且由於(yu) 結構簡單、運動部件少，因此也更安靜可靠。它們(men) 在使氫氣作為(wei) 電力推進船舶的燃料成為(wei) 可能方麵展現出巨大的前景。目前已有多個(ge) 海洋項目采用 PEM 燃料電池，ABB 是該領域的ling導者之一，其模塊化燃料電池解決(jue) 方案可與(yu) 船上的電池或發動機結合使用。

燃料電池在海事應用中的使用仍處於(yu) 起步階段，但與(yu) 其他技術一樣，隨著公司和研究機構匯集知識和資源，我們(men) 將看到快速的發展和規模上的擴大。風力發電行業(ye) 就是一個(ge) 很好的例子，表明了變化的速度能有多快。第一批海上風電場采用的渦輪機容量約為(wei) 2-3 兆瓦，而最新項目中的渦輪機容量約為(wei) 其六倍，為(wei) 15-20 兆瓦。

燃料電池將成為(wei) 航運業(ye) 綠色轉型的一個(ge) 重要組成部分，尤其是對於(yu) 越來越受歡迎的電動船舶和混合動力船舶而言。全電動船舶已經出現在較短的常規渡輪航線上，而混合動力船舶正在迅速成為(wei) 客滾渡輪領域的常態。

快速製定法規和開發基礎設施至關(guan) 重要

航運業(ye) 已堅定地走在脫碳和采用氫氣等替代燃料的路上。與(yu) 監管機構和政府合作，下一個(ge) 關(guan) 鍵步驟是加快製定法規和安全規範，同時加快開發基礎設施，以使氫氣能夠作為(wei) 能源得到更廣泛和更快速的應用。

關(guan) 於(yu) 作者 

Mikko Niini 是自己開辦的谘詢公司 Vientistrategit Oy 的shou席執行官、Gaia Consulting 的高級顧問以及芬蘭(lan) 海事協會(hui) 的主席。2014 年正式退休之前，他曾擔任 Aker Arctic Technology 的shou席執行官。

過去 30 年來，Mikko 曾擔任過多個(ge) 造船廠的領導管理職務。他曾擔任油輪資產(chan) 管理公司 Navidom Ltd 和 Rauma Marine Constructions Ltd 的董事會(hui) 主席。他還曾擔任 ESL Shipping、Nemarc Shipping Corporation、ZAO Arctic Shipping Service 和 Troms Offshore ASA 等公司的董事會(hui) 成員。