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綠色氨適合航運脫碳嗎?

2022-02-25 15:10:15
來源:信德海事 編輯: 國際船舶網 我有話要說

液化天然氣、甲醇和氫等燃料正被考慮用來實現航運業的脫碳。但一些專家認為,由于綠氨的獨特構成,它同樣具有潛力,更有說法稱“如果你想在不排放二氧化碳的情況下燃燒某些東西,氨就是答案。”

綠色氨,或稱e-ammonia,是通過將空氣中的氮氣與綠色氫氣相結合而產生的。綠色氫氣是利用可再生電力驅動的電解器將水分成氫氣和氧氣而產生的。與電制甲醇和液化天然氣不同,氨不含碳原子,因此如果使用可再生電力生產氨,就不會導致碳排放。

馬士基零碳航運中心的能源和燃料主管Torben Nørgaard在采訪時表示,“除了原油和原油產品之外,氨是世界上生產最多的化學品之一。因此,與氫相比,氨的全球供應鏈和基礎設施已經到位。”

由于氫在低溫下的儲存十分昂貴,同時能量密度較氨而言低得多,目前氫燃料沒有被廣泛考慮作為長途運輸的燃料。氨被認為是一種氫的載體。但目前市場上還沒有一種以氨為動力的船用發動機。

氨動力發動機的設計

總部位于德國奧格斯堡的船舶推進和發動機設計公司Man Energy Solutions正在開發一種用于船舶的雙燃料氨發動機。其表示,“利用氨燃料運行大型發動機是沒有先例的,燃料本身和過程也都是未知數。”

該公司今年夏天將在其位于丹麥哥本哈根的二沖程發動機開發總部進行首次全面的二沖程雙燃料氨氣發動機測試。測試完成后,Man Energy將設計引擎迭代。預計在2024年底前向船廠交付第一臺氨燃料發動機。

Man Energy Solutions 雙燃料發動機業務發展部經理的 Peter Kirkeby表示,“其他致力于設計新造氨動力船舶的人正在關注我們,因為如果沒有發動機,為氨設計船舶的其他部分就沒有很大的意義。”

考慮到航運業必須迅速改變和降低排放,僅僅關注新船的建造并不足以達到一些組織和公司設定的目標。Man Energy正在使用一種模塊化設計,不會大幅改變推進系統的布局,這可以使現有船舶更容易改造為使用氨燃料運行,并有可能加速航運業采用綠色氨的進程。

Kirkeby說:“通過不對這些船舶的推進布局進行任何根本性的改變,它實際上允許航運業采用新的燃料,而不必以簡單的方式在短時間內重新考慮整個船舶設計。”

排放影響

船用燃料會排放出空氣污染物和溫室氣體的混合物。與船用燃氣油(MGO)和其他燃料相比,氨排放的顆粒物要少得多。根據2020年國際能源會議的文件,它的二氧化硫、一氧化碳、重金屬和碳氫化合物等,這些損害人類健康的排放量也為零。

燃燒氨氣時,有一種空氣污染物沒有被消除,那就是氮氧化物(NOx)。而其實氮氧化物的溫室氣體排放在運輸方面很普遍,但船舶可以使用選擇性催化還原設備來減少這些排放。

因為氨不含碳分子,理論上它可以在沒有任何碳排放的情況下生產和燃燒。

Nørgaard說:“如果你想在不排放二氧化碳的情況下燃燒一些東西,氨就是答案。只要我們能夠管理潛在的氮氧化物排放,氨燃料作為一種燃料和能源載體,在脫碳方面是非常有效的。”

“與使用MGO的發動機相比,Man Energy的第一臺氨動力雙燃料發動機從油箱到螺旋槳的溫室氣體排放將減少約95%。至少在短期內仍會有5%的排放,這是由于使用小的引燃火焰來點燃氨。公司目前的目標是用常規柴油作為引燃燃料。”Kirkeby表示,“計劃中的氨與柴油的比例以及由此產生的排放明顯優于任何其他已經完成或計劃完成的工作。”

在氨動力雙燃料發動機中使用一種可靠的、眾所周知的、廉價的、可廣泛獲得的燃料,如柴油作為備用燃料,是“使船舶推進成為冗余的最便宜的方式。”

儲存要求

氨通常以液體形式儲存在加壓罐、冷凍罐或混合罐中。根據環境保護基金(EDF)的一篇關于綠色氨的論文,當儲存在冷藏罐中時,它需要被冷卻到零下28華氏度,而氫需要在零下423華氏度的低溫下儲存。因此,與氫氣相比,氨氣在液化和儲存方面需要的資金和能源要少得多。

存儲空間方面,氫氣需要比MGO多7.6倍的存儲空間,而氨需要4.1倍的存儲空間。甲醇和液化天然氣需要的存儲空間是MGO的2.3倍,甚至低于氨和氫氣。由于許多可持續的替代性船用燃料的能量密度比MGO低,犧牲貨物空間來儲存更多的燃料是一種常見的權衡。為了通過采用低排放燃料來適應日益增長的排放法規,托運人可能不得不在將更多空間用于儲存燃料和縮短航運路線之間做出選擇。

安全考慮

氨最大的安全技術之一是使用雙層管道。Kirkeby說,它們在管道的內層和外層之間留有空間,用于通風空氣系統,可以很容易地發現泄漏。雙層管道和其他安全程序可能是防止之前所說的“氨逃逸”的關鍵,即氨氣在生產、運輸或儲存過程中逃入大氣。

EDF的文件指出:“與氨有關的安全風險是眾所周知的,也是可控的。與其他燃料相比,它的可燃性較低,因此它的火災風險較低,低溫燃燒的風險也低于液態氫或液化天然氣。”

Man Energy團隊在其氨燃料發動機項目中使用的另一個安全機制是“雙重封鎖和放氣”。它將各系統分開,并有能力用氮氣來清洗以前有氨的區域。Kirkeby說,當氨從某些區域被清除時,Man Energy的概念捕獲了這些氨,并防止其進入大氣,只排放氮氣。對于發動機和其他設備來說,這很重要,因為工作人員將需要能夠安全地排除故障和進行維護。

碳中和咨詢公司總裁Steve Crolius說,“氨氣作為一種化學物質,具有強烈的危險性。根本不能掉以輕心。氨可以造成眼睛損傷,嚴重的皮膚灼傷和急性呼吸道癥狀。它對動物和植物也很危險。從加壓罐中泄漏出來的氨氣可以迅速形成一大片有毒的氨氣云,并殺死“幾乎所有靠近的生命形式。”由于密度小于空氣,它最終會上升到更遠的大氣層,并擴散開來。冷藏的氨氣如果溢出到海洋中,也會對海洋生物產生類似的影響。”

但據Crolius說,與儲存在加壓罐中的氨相比,它在發生泄漏時的釋放速度會更慢,而且更容易被控制。這將使應急人員有更大的機會限制危害。他預測,船上幾乎所有的氨都將放在冷藏或混合罐中。

馬士基方面Nørgaard表示,“在生產和處理氨方面有一些安全標準和程序,但在一艘有船員和最小疏散空間的船上用它操作和燃燒是完全不同的。安全設計和操作是需要證明的。”

生產成本及實施

Nørgaard說,使用可再生電力生產氨的成本大約是目前MGO的三到四倍。像大多數可持續的解決方案一樣,提高規模經濟有助于降低成本。據估計,綠色氨的成本幾乎是灰色氨生產成本的兩倍;野钡纳a使用天然氣而不是可再生電力。

EDF的一項財務分析估計,從現在到2050年,要使大約40%的國際航運脫碳,需要高達6萬億美元的綠色合成氨和可再生能源工廠。在可用于使海運業脫碳的燃料中,綠氨是短期內技術上最可行的燃料之一。

一些模型顯示,綠色氨的采用在2030年代中期開始回升,但它對可再生電力的成本非常敏感。

規;蜁r間表

使用綠色氨使整個海運業脫碳,每年需要大約5億噸氨水,這比目前世界上每年生產的1.8億噸氨水多2.5倍。因此,像氨這樣的單一燃料將“不太可能使整個行業脫碳”。

像許多電制燃料和綠色燃料一樣,綠色氨的規;蕾囉谝幠=洕约翱稍偕娏Φ某杀竞涂捎眯。實施碳稅也將有助于縮小化石燃料和更可持續的燃料之間的差距。像宜家這樣的托運人和零排放船舶貨主協會的成員正在對綠色燃料表示出越來越大的興趣。他們明白自己在要求供應商提供綠色燃料方面的作用是多么重要。

他們是否對氨有任何認識并不重要,他們需要施加壓力給到承運人,承運人將找到滿足其客戶要求的方法。

擴大綠色氨生產的一個積極影響是,為世界各地的發展中國家提供了一個機會,以吸引對可持續工業增長的投資,可以創造就業機會,刺激經濟增長并支持供應鏈。選擇的國家包括一些發展中國家,其在可再生能源發電方面有巨大的潛力。如:中東、澳大利亞和智利等地區。

EDF的文件中提及,對作為船用燃料的綠色氨的需求可以提供一個可靠的長期收入流--由長期供應協議支持,以證明在發展中國家投資大規?稍偕S是合理的。采用綠色氨需要在2020年代開始,以便在2050年前將與航運有關的絕對排放量比2008年的水平至少減少50%,以便滿足IMO設定的減排目標。

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