LNG powered-ships and global carbon tax required for shipping decarbonization
李重一、徐劍華
【關鍵字】航運業、脫碳、液化天然氣動力、全球碳稅
【keywords】shipping industry; decarbonization；LNG powered-ships; global carbon tax
全世界都在大力減少甚至消除遠洋運輸船舶燃燒化石燃料所產生的有害排放。這些排放物包括氮和硫氧化物、顆粒物和二氧化碳。繼除氮、限硫之後，脫碳和消除顆粒物將成為航運界的下一個目標。據預測，在未來30年裡，液化天然氣（LNG）將成為主要的船用燃料。在此過程中，碳稅和脫碳研發基金將成為業界的重要話題。
廢氣排放的危害性
廢氣排放首先是危害害人體健康。吸入氮氧化物會對人類和動物的心肺系統產生不利影響（即它會引起心臟和肺部疾病），降低生育率，引起基因突變，對未出生的嬰兒造成傷害，並可能導致死亡。硫氧化物也有類似的情況，它們更危險，更容易腐蝕。
其次，空氣中的二氧化硫有助於形成硫酸雨。這對河流和湖泊中水生和兩栖生物的影響是毀滅性的。酸雨會對漁業和水產養殖造成損害，對多種植物都有極高的毒性。這使得它對整個環境造成了極其嚴重的影響，最終包括林業和農業也會受到影響。此外，酸雨也會腐蝕建築物。
再次，顆粒物是燃燒產生的灰塵微粒，約為人類頭髮直徑的40分之一，它們會污染肺部，並通過血液進入人體，引發人類和動物的一系列疾病。簡而言之，氮氧化物、硫氧化物和顆粒物對人體健康危害極大。
最後，廢氣排放對全球環境有害。航運業和其他行業的二氧化碳排放是造成全球人為氣候變化的原因之一。據預測，人類引起的氣候變化將給地球帶來災難性的後果。
遠洋船舶運輸是溫室氣體排放的一大來源，國際海事組織第三次溫室研究（2014年）估計，2012年國際航運排放了7.96億公噸二氧化碳（8.774億噸美噸）。
事實上，這已經發生了。澳洲現在正越來越多地遭受罕見的、大規模的、兇猛和早發的野外森林火災，其中部分原因就是氣候變化。
國際航運開闢了通向未來清潔的道路—用LNG作為船用燃料
國際海事組織（IMO）是聯合國的一個專門機構，也是由世界各國代表組成的議會。著名的IMO 2020決議將燃料中硫含量降至0.5％，該決議於2020年1月1日開始生效。
IMO還投票決定，到2030年將溫室氣體排放總量在2008年的基礎上減少40％，到2050年減少50％。IMO還發誓要努力消除溫室氣體排放。
實現國際海事組織2050年的目標有多種途徑，如採用生物燃料（沼氣或生物柴油）、甲醇、氨和氫等。
我們關注LNG，因為LNG是一種主要的海運和貿易商品，已經有了大量的投資。而且，許多船隻已經部分或全部安裝了LNG動力裝備。
LNG是一種低溫、高壓的可燃複合氣體–甲烷，它由一個碳原子和四個氫原子組成。它燃燒的火焰是藍色的。
根據國際燃氣機構（IGU）《2019年世界LNG報告》，2018年全球LNG貿易達到3.165億噸，比上年增長9.8％。
2919年2月IGU估計，截至2018年底，全球LNG船隊共有525艘船。2019年10月，管理諮詢公司麥肯錫估計，目前全球約有550艘LNG運輸船在運營。
LNG是低溫液體，需要在遠洋運輸船上冷藏。但是生活中沒有什麼是完美的–包括LNG運輸船上的LNG罐的絕緣。熱量滲透使LNG以每天約0.1％～0.15％的速率損失掉。
幾十年來，LNG運輸公司已經裝備了能夠在蒸汽輪機中燃燒並蒸發氣體的裝置。後來，使用了雙燃料柴油-電力發動機，可以使用蒸發的氣體和船用柴油和／或重油混合來產生推進動力。不過，一些LNG船會將蒸發的天然氣重新液化，並將其送回貨艙。
一些其他類型的遠洋船舶配備LNG作為燃料，儘管它們與LNG船隊相比占比很小。其中包括汽車和客滾輪渡、件雜貨船、巡邏船、客滾船、滾裝船和拖船。
2019年10月，法國貨櫃航運公司達飛輪船推出了計畫中的9艘LNG動力超大型貨櫃船中的第一艘，這些船舶每艘的容量約為23000-TEU。這些船隻長約400公尺（1312英尺），寬約61公尺（200英尺）。
儘管如此，法國貨櫃航運分析公司AlphaLiner認為，短期內不會有大量的LNG動力的貨櫃船被建造出來。
AlphaLiner 說：「迄今為止，LNG動力的貨櫃船船隊數量有限，由於改裝和新建成本高，以及LNG供應網路不夠發達，預計在不久的將來，船隊規模仍將很小。目前只有8艘LNG動力的貨櫃船在役，25艘處在訂貨階段。這些船舶大多有長期租賃關係，因此不太可能很快出現在租船市場，除非重新出租。然而，如果LNG動力的貨櫃船投入運營，它的定期租船費率可能會比使用傳統燃料推進的船舶高得多，因為船東需要收回他們在船舶上的高額前期投資。」
為什麼是LNG？
挪威船級社（DNV GL）稱，採用LNG作為燃料的關鍵原因是它比重油清潔得多。LNG不含硫，因此硫氧化物的排放量減少了100％。低壓發動機將一氧化二氮排放減少85％，高壓發動機將一氧化二氮排放減少40％。顆粒物排放量減少95-100％，二氧化碳排放量減少20～30％。
但敏銳的人會注意到，儘管燃燒LNG比使用重油清潔得多，但它並不「乾淨」。例如，LNG產生的二氧化碳仍然是重油排放量的70～80％。
這意味著僅憑LNG無法實現國際海事組織制定的2030年和2050年的目標。這就是說，LNG不能勝任這項工作。那麼，為什麼所有的重點都放在這種燃料上，即使它被認為並不能勝任消除船舶碳排放的工作呢?
首先，它確實能立即實現減排，這可能會為航運業的減排目標贏得時間，並説明航運業實現其最終目標，即使用氫燃料的船舶。氫燃燒的最終產物不過是水和熱。在新加坡舉行的「海洋貨幣會議」（2019年亞洲海洋貨幣周）上，專家小組的普遍觀點是，氫燃料船至少還需要幾十年的時間才能問世。
但是，LNG觸手可得。雖然在基礎設施方面存在很多問題，或者更確切地說，缺乏基礎設施，但是航運業界正開始著手處理LNG的問題，例如，對LNG動力的船舶進行液化天然氣加注試驗。
為解決LNG的二氧化碳排放問題，石油巨頭和航運業界都在努力工作。LNG動力船並不一定僅僅只使用LNG。2019年在新加坡舉行的「海洋財富」會議上，石油巨頭殼牌（Shell）的下游LNG全球主管塔赫爾•法魯基說：「如果將LNG與生物LNG混合使用，可以顯著改善二氧化碳排放。我們預期能減少92％。」
用於製造LNG的甲烷是一種化石燃料。它是從地下水庫中提取出來的，源自於在漫長的地質作用下，受到自然作用的植物和動物屍體的分解殘骸。這過程將史前大氣中的氣體帶走，並將其鎖在地下長達幾個世紀，直到現代工業將其釋放出來。
商業化生產的沼氣源於現在產生的有機物質、植物和動物糞便的分解。這些廢物從大氣中汲取二氧化碳，而不是史前大氣。因此，從沼氣來源LNG的燃燒中，幾乎或沒有額外的二氧化碳排放到大氣中。
正如法魯基所指出的，將使用化石燃料生產的LNG與沼氣混合使用，可以顯著減少船舶二氧化碳的排放總量。
船舶可以採取其他附加措施來減少LNG的二氧化碳的排放
在使用LNG作為燃料的同時，還可以採取其他措施來減少二氧化碳的排放。其中包括一系列的實踐和技術，這些實踐和技術可能可以減少推動船舶所需的燃料。
船舶可以減速，從而減少燃料的消耗。當船舶以較低速度行駛時，燃料的燃燒速率很低。但當它達到高速時，燃燒速率急劇增加。因此，將航速從一節提高到兩節，並不會顯著提高燃油的燃燒速率。但是，將速度從19節提高到20節，需要大大增加燃料消耗。因此，更慢的航速可以節省大量的燃料，從而實現低碳排放。
此外還有船體的替代設計，如所謂的X形船首，還有船體和有氣泡發生器的鯊魚皮型船體，所有這些都能減少阻力和湍流，從而降低油耗。船舶還可以利用洋流來減少燃料消耗，並獲得一些「免費」的推進力。這些只是眾多選擇中的一小部分。
與此同時，三井造船最近宣稱，它們正在研究如何建造大型混合動力LNG和電的混合動力船。這些船隻在沿海和港灣水域航行時，將使用儲存在電池中的能量。
然而，在現役船隊中進行更換需要時間。商業發展總監安東尼·林登在新加坡海事會議上表示，世界上有11萬艘船。這些船舶主要由柴油驅動，改變需要很長時間。
然後，他關鍵性地指出了另一個有利於LNG動力的因素：「船舶可以建造並改裝成混合未來燃料的模式，例如LNG和氫氣。」因此，在一個以氫為動力船隊的未來來看，現有的LNG動力船隊將能夠適應這個未來的發展趨勢。
LNG其實不是新燃料
甲烷逐漸冷卻到零下302華氏度（零下150攝氏度）。然後，氣體由於低壓，從而使其液化。在那一點上，甲烷氣體變成了LNG。然後，它被送入一個低壓容器，進行蒸發，溫度進一步下降到-322華氏度（零下161攝氏度）。這一點很重要，因為在這個溫度下，LNG可以恢復到正常大氣壓，但仍保持液態。LNG占甲烷氣體所占空間的1/600。這使得天然氣的儲存和運輸更加經濟。
當一艘LNG運輸船到達另一個再氣化裝置點時–無論是另一艘船還是進口碼頭，運輸船將LNG泵入再氣化裝置。由於超冷，LNG不能簡單地泵入船舶或天然氣網路，因此再氣化裝置將通過使用海水逐步加熱LNG，從而將LNG轉換回甲烷氣體。
甲烷根本不是一種新燃料。據美國公共天然氣協會稱，古希臘人在西元前1000年時就用甲烷為德爾菲神諭中的聖火提供燃料，而中國人則在西元前500年左右用竹管運輸聖火。
19世紀初，科學家們開始嘗試用冷卻氣體來液化它們。19世紀20年代，英國科學家法拉第液化了幾種高溫氣體，是這一領域的先驅。但又過了60年左右，波蘭化學家卡羅爾·奧爾澤夫斯基才首次液化甲烷。到目前為止，甲烷已經非常成功地在美國的城鎮中被用作燃料。
LNG作為燃料已經使用了相當長的一段時間。到1942年，俄亥俄州克利夫蘭市的第一個商業液化天然氣工廠開始運作，儘管在1944年的時候，這些油罐曾經破裂過。
但技術得到了改進，到1959年，一艘改名為「甲烷先驅」號的普通貨物遠洋貨輪從路易斯安那州查理斯湖的幹線碼頭起航，前往英國的坎維島。這是世界上第一次海上運輸LNG。5000立方公尺（約176573立方英尺）的貨載拉開了海上LNG貿易的序幕。
到2000～2010十年後期，Q-Max的LNG運輸船已經交付，是最大的LNG運輸船，約為26.6萬立方公尺（940萬立方英尺）。
航運業公佈未來碳排放稅徵收藍圖
如果有朝一日要對遠洋運輸船舶徵收全球碳排放稅，航運業本身就會設計出徵收這一稅種的「架構」。這個擬議的框架剛剛公佈。
12月18日，代表全球90％以上的商船隊協會提議對消耗的每噸燃料徵收2美元的全球強制燃油稅，為研發提供資金，幫助航運業在2030年及以後引進「零排放船舶」。
如果國際海事組織（IMO）成員國同意徵收碳稅，那麼該提案就像一個「特洛伊木馬」，為未來全球碳排放稅的實施描繪了藍圖。
該提議倡議每噸2美元的稅收收入用於一個名為國際海事研究基金（IMRF）的新組織，由另一個新機構國際海事研究與發展委員會（IMRB）協調研發支出。
每噸2美元的費用是基於航運業每年消耗2.5億噸燃油的假設，以及研發專案需要50億美元的行業資金。該行業的研發計畫將在2020年3月的國際海事組織會議上進行審議。假設該提案獲得通過並在2022年左右生效，那麼該研發項目在2032年之前都不會得到全額資助。
實際上，研發稅對航運市場的影響微乎其微。就貨櫃運輸公司而言，極少量的額外費用可以作為現有燃油附加費的一部分轉嫁給貨物託運人公司。對於容量超過10,000TEU的大型貨櫃船，以22節航速、每天約250噸的燃料計算，燒掉的年度研發稅將是125,000美元（假設在海上250天）,相當於對每貨櫃貨物向託運人多收幾美分。
一艘18萬載重噸（DWT）的好望角型乾散貨船從巴西運送鐵礦石到中國大陸，每年出海300天，每天燃燒50噸燃料，每年將支付3萬美元的研發費用。假設該航線每年平均航行4.2次，這相當於每載重噸所載貨物多支出的費用將不到5美分。
航運業方面的意見書特別指出，它並不意味著要取代足以抑制高碳排放燃料所使用的碳排放稅，即市場措施（MBM）。
提交的文件強調：「共同提案國不認為提議的IMRB概念是MBM。如果各會員國就此達成協商一致意見，這一建議也不是要阻撓或拖延MBM的發展。」
在10月於新加坡舉行的全球海事論壇（GMF）會議上，業界領袖討論了每噸燃料徵收30～225美元的碳排放稅；GMF的行業成員是剛剛推出研發計畫的協會內的領軍企業。
國際貨幣基金組織（IMF）2018年9月發表的《國際海運燃料碳排放稅：評估選擇方案》工作文件討論了從2021年開始徵收每噸燃料碳排放稅24美元，到2030年升至每噸240美元的例子。
對於那些認為航運協會現在正試圖先發制人地顛覆未來碳排放稅的懷疑論者來說，反駁的理由是：如果稅收倡議者認為隨著時間的推移，每噸碳排放稅的平均價格應為100美元或更高，那麼你可能會以50美元來反擊，但你永遠不會以2美元來反擊。
國際貨幣基金組織的工作檔討論了如何分配碳排放稅的問題，以及需要徵收足夠高的稅收，以激勵人們放棄使用碳燃料的問題。報告說：「如果稅收是在國內徵收的，那麼這筆收入進入國家預算是合乎邏輯的，但隨著國際稅收的增加，氣候財政可能會更自然地使用這些收入，因為各國政府對稅基的要求越來越弱，而這一稅基是在國際水域中燃燒的。」
報告說：「一些資金可能會被本行業所截留，最明顯的是用於清潔技術的研究，儘管有效支出可能只是碳排放稅收的一小部分。換言之，如果稅率是根據行業支出的需求制定的，那麼它們可能遠遠低於有意義的緩解激勵措施所需的水準。」
徵收過程
新的產業研發計畫中最重要的方面是如何提出徵收全球燃油稅。
該提案試圖建立一個框架，使未來的MBM碳排放稅可以遵循這個框架，同時保留研發資金收入的一部分。它指出，「IMRB概念有可能為航運業未來開發基於徵稅的MBM提供一些架構，以減少扭曲市場的可能性。」
這項稅收不會在加油站徵收，因為並非世界上所有國家都會同意參與徵稅，這將使非簽署國能夠開發不含稅的燃油加油站，並超越簽署國的競爭對手的加油站。
世界銀行在2018年1月發表的《國際運輸區域碳定價》工作檔中談到了這一問題，該檔指出，「船舶可以通過在不適用該稅的司法管轄區加油來避稅。」
新的行業提案表示，船旗國（船舶註冊國）徵收這一稅也行不通，因為「這將過於複雜，可能導致與國家行政當局的稅收和抵押問題」。
相反，該計畫要求通過一個自動化系統，以「現收現付」為基礎或每年直接向IMRF支付每艘船的費用。船舶將持有船旗國出具的證明，確認已支付研發費用。當船舶停靠港口時（例如在美國，港口國控制當局是美國海岸警衛隊），這些證書將接受港口國控制當局的核查。
在貨櫃運輸方面，航運公司可以調整燃油附加費，以適應新的稅收。在大宗商品運輸方面，情況要複雜得多。當散貨船或油輪簽訂航次租船合同時，由船東支付燃料費。當船舶定期租船時，由租船人付款。
向國際海事組織提出的建議強調，根據定期租船合同，租船人將「對IMRF的費用負責」。為了推進IMRF，著重強調了解決這一問題的重要性。提案還指出，船東可能更喜歡「現收現付」的辦法，而不是年度付款辦法，因為這將有助於從租船人等協力廠商向航運公司補償費用。
研發稅和更大的碳排放稅（如果有的話）將納入船舶利息和租船人之間的會計核算。研發稅雖然占比很小，但這可能會被視為另一個頭痛的問題。
相比之下，如果有一天推出一項非常可觀的MBM碳稅，它可能會對大宗商品市場上的航次租船、定期租船以及貨櫃貨主支付的成本產生重大影響。如果剛剛宣佈的研發計畫得到批准和實施，將會有一個方便的、隨時可用的自動支付系統來處理那些已經到位的碳排放稅收收入。
- Greg Miller: Shipping unveils blueprint for collecting future carbon tax, American Shipper Dec 25 2019
- Jim Wilson: LNG The next major marine fuel? American Shipper Dec 25 2019
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