Hopes and issues over future green fuels for shipping
許藝菲、蘇麒雲
【關鍵字】綠色燃料、液化天然氣動力船、綠色甲醇、風力推進技術
【keywords】green fuel; LNG-fueled ships; green methanol; wind propulsion technology
國際綠能運輸理事會對液化天然氣作為未來燃料的問題提出了質疑。業界人士認為早期準備對燃料轉換至關重要，而國際海事組織（IMO）是航運業在綠色燃料競爭中取勝的關鍵，並對該組織寄託厚望。以業界巨頭為例，馬士基增加6艘綠色甲醇動力船的訂單，而中遠海運最近達成了風力推進技術安裝協定。
質疑液化天然氣作為未來燃料的問題
國際綠能運輸理事會（International Council on Clean Transportation，ICCT）表示，到2030年，歐洲將需要每年提供178億歐元的補貼，以填補可再生或合成液化天然氣海洋燃料與傳統化石燃料供應之間的成本差距。
如果沒有政策支持，到2030年，船東可能為每噸生物甲烷支付高達1萬歐元，或為每噸e-LNG或e-甲烷支付2,350歐元，這比8年後化石燃料當量的估計成本高出約7至30倍。
ICCT的一項研究稱，即便如此，以液化天然氣為燃料的內燃機甲烷洩漏仍將對氣候變化產生深遠影響，即使是對可再生來源的e-LNG燃料也是如此。
根據國際綠能運輸理事會的一項研究，歐洲的碳價格必須在目前水準的基礎上上漲9倍，才能促進向可再生液化天然氣的轉變。到2030年，即使所有燃料都是可再生能源，歐洲航運的甲烷排放量仍將翻倍。
ICCT表示，從可再生電力（通過電解）或氣化生物質生產合成的滴入式e-柴油或e-甲醇與生產液化天然氣的生產成本和技術限制相似，但都是更好的選擇。
在航運向零碳目標過渡的過程中，液化天然氣一直被定位為所謂的過渡性燃料，遭到包括ICCT在內的國際環保組織的尖銳批評。
ICCT援引船舶經紀公司克拉克森（Clarksons）的統計數據稱，約有1,000艘可使用液化天然氣的船舶在交易，另有700艘船舶在訂造中。
改用液化生質甲烷、e-甲烷（也被稱為e-LNG或合成液化天然氣或甲烷）等從可再生能源生產的所謂「滴入式（drop-in）」燃料，經常被吹捧為降低航運溫室氣體排放的下一個途徑。
然而，該理事會的研究得出的結論是，到2030年，歐洲從可再生能源獲得的液化天然氣的潛在供應量將很低，而且由於成本非常高，可用性受到限制，除非歐盟將目前的同等行業補貼增加一倍。
報告稱：「重要的是，政策制定者和所有利益攸關方要明白，其他燃料可以在不產生甲烷問題的情況下提供低生命週期排放。合成柴油和綠色甲醇的生產成本和技術限制與可再生液化天然氣類似，但這些液體燃料比液化天然氣更容易儲存在船上，可以通過現有的分銷網路供應。合成柴油可以用在傳統的船用引擎或雙燃料引擎上，包括現有的液化天然氣動力船上的引擎，而甲醇可以用在新的或改進的雙燃料引擎上。未來的工作可側重於非甲烷燃料的潛在需求和供應，以支持向零排放船舶的過渡。」
ICCT表示，歐盟對生質甲烷形式的可再生液化天然氣的補貼相當於每噸1,200歐元，這將使歐洲在2030年實現全球海洋燃料預測需求的4%。要使這一數字達到生質原料需求的90%，補貼需要提高到每噸2,400歐元，比歐洲其他任何激勵政策都要高。
根據該項研究，到2030年，全球液化天然氣海洋燃料需求預計將增至3,620萬噸，是2019年水準的3倍。根據27個成員國港口之間的船隻航行，歐盟的份額為20.5%。
e-甲烷是通過二氧化碳在高溫下加氫產生的，但考慮到首先捕獲氫氣，然後將二氧化碳與零碳氫氣結合所需的大量能量，其可行性尚不確定。
電轉氣的過程是通過電解將水分解成其組成部分，並利用風能或太陽能等可再生能源產生的電力生產氫和氧。
生質甲烷是通過固體生物質的氣化，然後對用於生產沼氣的原料進行甲烷化，包括動物糞便、農業廢物、食品和綠色廢物或廢水污泥。
歐盟海事燃料（FuelEU Maritime）政策目前正在敲定，規定液化天然氣在2040年之前可以用作海洋燃料，屆時船東將不得不改用e-甲烷或生質甲烷。
ICCT的報告稱，要讓該行業轉向合成燃料，每噸需要政府提供2,400歐元的補貼。
據該環保組織估計，e-LNG將滿足42%的液化天然氣海洋燃料需求，農業殘留物生產的生質甲烷也將滿足42%的需求，並提供這一水準的補貼。這種補貼每年花費178億歐元，而每噸1,200歐元的補貼估計要花費89億歐元。
ICCT估計，如果到2030年，歐盟使用的90%液化天然氣海洋燃料是可再生的，那麼與使用化石燃料相比，從油井到尾流的二氧化碳當量排放量（基於100年全球變暖的潛在可能性）將下降79%。
ICCT表示，無論2030年使用的液化天然氣是否是可再生的，由於雙燃料內燃機的甲烷洩漏，整體排放量仍將高於2019年的水準。如果政策支持水準較低，則是3倍。
在100%可再生液化天然氣的情況下，ICCT評估了2030年歐盟航運中引擎甲烷逸散產生的甲烷排放為16.4萬噸，上游（或生產）排放為3.1萬噸。
這將無法達到2021年11月COP26氣候變化會議上簽署的《全球甲烷承諾》所設定的目標。該協定由103個國家簽署，目標是在未來10年將全球甲烷排放量在2020年的基礎上減少30%。
ICCT表示，在歐洲航行的液化天然氣燃料船隻每年須要排放少於7萬噸的甲烷才能達到目標。
這只有在大多數船隻使用「一流」引擎的情況下才能實現。研究顯示，這些高壓雙燃料引擎占目前1,000艘海上船隻的11%，到2030年將降至7%，因為船東更傾向於訂購更便宜的四行程引擎。
ICCT表示：「我們認為，到2030年，對現有的引擎進行改造，以實現與高壓雙燃料引擎一樣的低甲烷逸散排放，是不現實的。我們保持2030年的引擎組合，並假設低壓雙燃料和稀薄燃燒火花點火引擎的甲烷排放量可以減少一半，總甲烷排放量約為11.4萬噸，仍高於2019年。」
國際海事組織（IMO）估計，2018年國際航運船舶甲烷排放量為14.8萬噸，而2012年為5.9萬噸。
此前的行業研究表明，與船用燃料油相比，液化天然氣燃料船舶的溫室氣體排放減少了6%～23%，但由於引擎類型的不同，溫室氣體排放有顯著差異。
根據ICCT和行業遊說團體SEA-LNG之前的行業研究，高壓二行程引擎排放的甲烷水準最低。四行程引擎的中型引擎排放的甲烷含量最高。
該研究沒有考慮到可能引入的技術，而目前正在開發的船舶引擎製造商的目標是在2025年之前，將洩漏量最大的引擎類型的甲烷逸散減半。
國際海事組織是航運業在綠色燃料競爭中取勝的關鍵
航運業必須推動綠色燃料需求曲線向前發展。諮詢公司Trafigura的燃料脫碳全球主管尼爾森（Rasmus Bach Nielsen）表示，國際海事組織（IMO）及其綠色航運規則在實現這一目標方面發揮了決定性作用。
國際海事組織被敦促加快行動，使航運業在與其他行業爭奪清潔燃料時占據上風。
尼爾森表示，在供應方面顯示出前景的情況下，航運業越來越需要監管方面的確定性來規劃未來海洋燃料的需求。
他在新加坡舉行的Marine Money會議上表示，受俄烏局勢刺激，歐洲對可再生能源的投資加速，正為利用電解技術大規模生產綠色燃料鋪平道路，而電解技術反過來又能利用電力。
他解釋說，在俄烏局勢出現之前，投資進程很緩慢，並引用了他的公司試圖在丹麥開發氫運輸基礎設施的經驗。
尼爾森說：「我們花了一年時間與丹麥的政客們打交道，與議會成員打交道。第3次，他們回來問：『上次我們談了什麼？』這有點令人沮喪。」
但與烏克蘭有關的局勢以及由此引發的能源危機改變了形勢，讓歐盟及其主要經濟體的政府領導人走到了一起，他們現在都渴望減少對從莫斯科進口石油和天然氣的依賴。
尼爾森表示：「在未來12至24個月內，將有一大批海上風力發電進入並被招標。我們將會有更多的綠色電力產生。」
然而，須要注意的是，預計綠色燃料的產量是有限的，尤其是在初始階段。航運業將不得不與水泥、鋼鐵、化工和重型公路運輸等其他排放最高的行業競爭排放量，這些行業也面臨削減碳足跡的壓力。
尼爾森表示：「如果我們不能立即推動需求曲線向前發展，我們可能會被擱置，而其他行業已經有能力支付尚未開發的氫氣。如果我們沒有準備好，我們可以肯定鋼鐵行業會準備好。」
尼爾森認為，國際海事組織及其有關脫碳的規定是這種需求的關鍵驅動因素。
這個聯合國機構必須在2023年之前修訂和更新其最初的脫碳策略，12月只會再召開一次委員會會議，然後在明年夏天的一次會議上做出所有重要的決定。
制定更雄心勃勃的綠色航運目標和實施更強有力的市場化措施等話題，已經在航運界業內人士中引發了激烈辯論。
尼爾森表示：「因此，關鍵就在倫敦的國際海事組織大樓裡。明確的監管前景將有助於所有利益攸關方，包括船舶出租商和融資人，更好地評估與燃料相關的資產風險，從而吸引資本加快零排放船舶及其配套基礎設施的發展。說服國際海事組織中剩下的幾十個搖擺國家就碳定價達成一致，對航運業來說非常重要。他警告稱，如果取得的進展很小，地區性規則將帶來風險。如果國際海事組織不採取行動，歐盟將採取行動。我們不知道美國、中國和其他地區的國家會做出怎樣的回應。但這很可能不利於航運業去碳化的能力。」
早期準備對燃料轉換至關重要
研究表明，如果採取預防措施，雙燃料的新造貨櫃船可以提供可行的路線圖。
建造能夠使用當今和未來燃料的貨櫃船需要複雜的選擇。早期計畫有助於降低整個生命週期的總成本。
在確保這些船舶能夠在航運的脫碳運動中發揮作用方面，訂購新貨櫃船的東面臨著一系列令人困惑的選擇。
由於船舶的平均使用壽命接近25年，隨著該行業的淨零碳排放目標從本世紀中葉開始生效，目前訂購的船舶到時候仍將在海上航行。
根據馬士基集團零碳航運中心的一份新報告，儘管關於採用何種燃料的爭論仍在繼續，但在某些情況下，今天前往造船廠的船隻已經為未來做了準備，從一開始設計船隻就準備使用未來燃料在經濟上是可行的。
馬士基的報告稱：「未來的燃料前景仍不確定，但我們的分析表明，它可能涉及甲醇和氨等混合燃料。儘管存在不確定性，但一些船東已將氨或甲醇確定為脫碳策略中的關鍵燃料。」
但是船東們面臨著越來越多的兩難境地，比如，是投資建造既能使用傳統燃料又能使用替代燃料的雙燃料新船，還是採用中間的「雙燃料準備好」設計，還是簡單地建造一艘傳統的船，希望它以後能被改裝。
報告稱，最後一種選擇是一個「具有挑戰性的專案，需要大量投資。這當然不是增加一個額外的油箱來裝載替代燃料那麼簡單」。
可使用雙燃料的新船可以降低後期轉換的成本和複雜性，但需要更多的前期投資，而且必須考慮到所需燃料可能無法商業化的風險。
報告說：「與燃料油相比，甲醇和氨的密度較低，這意味著它們需要更大的額外儲罐，在新燃料廣泛使用之前，這些儲罐將一直閒置著。在貨櫃船上，甲板上沒有額外的燃料箱空間，替代燃料箱占用了貨櫃的空間，降低了船舶的潛在盈利能力，使雙燃料船的風險更大。」
然而，為了降低風險，可以選擇建造一艘「智慧設計」的轉換準備船，其準備程度低於全雙燃料船，並為未來的裝置或關鍵建造元素分配空間。
報告說：「這減少了初始投資和對貨運空間的影響，但隨後引入了轉換成本。然而，要知道這是否是一項有價值的投資，以及什麼樣的準備程度具有經濟效益，仍然是一項挑戰。」
為了弄清現有的選擇，該中心研究了今天訂購的一艘假想的15,000TEU貨櫃船的可用選擇。
該公司表示：「這是一艘典型的主力船，在許多貿易航線上運行，具有相對較高的燃料消耗，使其成為旨在減少二氧化碳排放的投資的一個有吸引力的選擇。」
研究了該類型船舶從燃料油到甲醇或氨雙燃料，以及從液化天然氣到氨雙燃料的轉換。結果表明，儘管為向替代燃料過渡做準備需要額外的前期投資，但從長遠來看，通過智慧船舶設計和仔細規劃轉換時間表，準備工作可以獲得回報。
該研究發現：「根據計畫的替代燃料、預期的航程和準備水準，建造雙燃料和可轉換的新船通常會增加標準燃油新船成本的1%～16%的資本支出。新船和改造的總資本支出為標準燃油新船成本的10%～33%。」
但是，甲醇和氨氣儲罐容積的增加意味著與貨物損失相關的成本對總壽命成本有很大的影響。
報告稱：「在這裡使用的雙島船設計中，可以通過在艙室下面放置油罐來減少貨物空間的損失，但這必須在新的建造階段完成，這增加了成本和使用特定未來燃料的相關風險。當無法準備燃料箱時，隨後必須在貨區添加額外的替代燃料箱，這將對貨物損失的成本產生很大影響。」
轉換成本意味著在3到8年的短期轉換時間內，雙燃料船具有經濟意義。
報告稱：「在大多數情況下，預計轉化需要8到10年的時間，而且需要全範圍的替代燃料，一定程度的準備可以降低總成本。只有在更長的時間線或減少航程選項減少貨物損失的情況下，改裝無準備的船隻才具有經濟意義。然而，一般來說，你越早預期皈依，你應該準備得越多。另一方面，轉換後的期望範圍對轉換資本支出有更大的影響，從而影響總壽命成本。在可行的情況下，航程較短的船隻可以提供具有成本效益的改裝方案。」
馬士基增加6艘綠色甲醇動力船的訂單
馬士基對甲醇動力技術非常有信心，目前已訂購了19艘以甲醇為燃料的船舶，並計畫到2030年使其4分之1的運力使用綠色燃料。
馬士基加強了對綠色甲醇的承諾，從韓國現代重工（HII）再訂購了6艘雙燃料船。該訂單將使馬士基的甲醇雙燃料動力船總訂單達到19艘，此前該公司的訂單從最初的8艘（1.6萬TEU）增加到12艘。它還有一艘2,100TEU支線船的訂單。
一批17,000TEU的船隻將於2025年交付，這是馬士基船隊更新計畫的一部分，它們將取代使用壽命到期的噸位。
馬士基預計，新噸位每年將節省約80萬噸二氧化碳，或在所有甲醇燃料船投入使用後節約230萬噸二氧化碳。
此舉標誌著馬士基對綠色甲醇的進一步承諾，該公司2021年2月才訂購了第一艘綠色甲醇船。
馬士基首席船隊和技術官勞爾森（Palle Laursen）說：「我們處在一個完全未知的水域，我們決定訂購一艘2,000TEU的支線船作為試點，當時幾乎沒有經過驗證的或現有的知識或技術。我們沒有與綠色甲醇供應商建立合作關係，也沒有其他承運人訂購甲醇動力船。我們現在總共有19艘船的訂單，我們已經看到技術正在成熟。這種成熟度可以從甲醇動力船的保費下降中看出。資本方的綠色保費現在已經從額外成本的10%～15%下降到8%～12%。」
馬士基首批8艘船的成本為14億美元，每艘合1.75億美元，而最新的訂單為11億美元，每艘合1.9億美元，勞爾森認為這是因為它們的尺寸更大。
隨著馬士基尋求在2030年和2040年實現自己設定的排放目標，可能還會有更多訂單。
勞爾森說：「我們目前選擇甲醇的關鍵在於，從風險的角度來看，甲醇是可控的。我們認為這是一種現在就能實現碳中和的方法，這樣你就可以在這10年內交付船隻，而不必等待以後可能存在的東西。」
馬士基希望將其船隊維持在430萬TEU左右，同時希望到2030年有25%的運力使用綠色燃料。新訂單將使其甲醇動力船的總運力接近30萬TEU，這意味著如果要實現目標，還需要約78萬TEU。
勞爾森說：「我們目前訂購的所有運力都將取代壽命即將結束的運力。我們不會擴大船隊，但我們非常關注保持穩定的運力流入。我們2030年的一個里程碑是，根據幾個不同的槓桿，有25%的運力是綠色的。我們現在的重點是16,000TEU和17,000TEU的船舶，但在未來幾年，我們將看到不同規模的其他船舶。」
然而，並非所有這些都一定來自新船，馬士基計畫研究將現有噸位轉化為甲醇動力。
勞爾森表示：「還有很多學習工作要做，當技術成熟時，我們將考慮進行試點。最大的問題是成本，但我們希望進行測試，找到目標船隻，然後進行全面轉換，以決定我們是否應該擴大該選項。我們仍然認為值得一試。」
他表示，隨著越來越多的航運公司希望採用甲醇作為綠色燃料，也有可能獲得租賃噸位。
他說：「我們的計畫是，我們可以取代現有的運力，並假設我們將在某種程度上尋求轉化途徑。當我們看到馬士基並不是唯一一家使用甲醇雙燃料貨櫃船的承運人時，我們也認為，我們的期租船供應商可能會開始發揮作用。我們2030年的計畫並不依賴於定期租船市場，但當你開始談論2040年時，我們必須在該領域創造勢頭，否則我們將無法成功交付。但是，我們從正在進行的對話中看到的興趣是令人鼓舞的。我們遲早會看到訂購甲醇的期租船。」
中遠達成風力推進技術安裝協定
中遠海運重工已與一家為航運業提供旋筒風帆的供應商建立了合作關係，將該技術安裝在新建船舶或改裝期間。
根據一份聲明，中遠海運集團表示，與總部位於英國的Anemoi Marine Technologies的協議將使其能夠為客戶提供「交鑰匙安裝解決方案」，這是指涉及專案分析、設計和工程、定制製造、安裝、檢查和批准的全服務流程。
由高高的圓柱體組成的機械帆，在旋轉時可以利用風力為船隻提供輔助推進力。
中遠海運集團說，這些設備可以減少燃料消耗，並將進入大氣的有害氣體排放量降低30%。
總經理助理郭志強表示：「我們很高興與Anemoi Marine Technologies合作，它的解決方案可以與其他一系列節能措施相結合，給我們留下了深刻的印象。」
Anemoi首席營運長康托普洛斯（Nick Contopoulos）表示，雙方的合作將加速其技術的應用。他表示：「中國遠洋認同我們的長期願景，即風能輔助技術可以在實現碳減排方面發揮作用。」
旋筒風帆系統已經引起了一些大型船東和租船人的興趣，包括新加坡乾散貨船東Berge Bulk和三井OSK Line。這家日本航運集團2022年8月表示，它正在研究採用這種設備的可行性，並將其與該公司自己的硬帆推進系統「風挑戰者」（Wind Challenger）結合起來，以進一步削減排放。
參考文獻
- Michelle Wiese Bock: Study raises issues over LNG’s role as future fuel, Lloyd’s List 14 Sep 2022
- Cichen Shen: IMO holds key to shipping’s victory in green fuel competition, Lloyd’s List 27 Sep 2022
- James Baker: Early preparation essential for fuel conversion, Lloyd’s List 28 Sep 2022
- James Baker: Maersk boosts green methanol commitment with order for six additional vessels, Lloyd’s List 05 Oct 2022
- Cichen Shen: Cosco agrees installation deal for wind propulsion technology, Lloyd’s List 05 Oct 2022
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