海事推动“净零碳”

国际海事组织2050年将温室气体排放量从2008年的水平减少50％的最后期限掀起了开发零排放解决方案的淘金热

国际海事组织秘书长Kitak Lim今年早些时候在接受“海事记者与工程新闻”采访时表示，气候变化是海运业所有方面面临的最大问题。他预测，在未来10到20年内，航运业可能会像过去100年一样经历多少变化，因为该行业正在迎接一系列挑战，其中包括可持续发展。

根据国际航运协会（ICS）的报告，该行业正在做出响应，在2007年至2012年期间，其二氧化碳排放总量减少了10％以上，与2005年的水平相比，每吨/公里的二氧化碳排放量减少了20％。它还引用了国际清洁运输理事会的数据，该理事会表示，国际航运的排放量在2008年 - 行业高峰期 - 和2015年之间已经下降了8％。与此同时，国际运输论坛（ITF）声称可以实际上对运输进行脱碳。到2035年，远远超出国际海事组织的时间表，如果正确的政策，技术和激励措施“现在”实施。除了ICS和OTF，还有大量的行业组织 - 包括托运人，船东和造船厂，港口等 - 已经有组织努力工作，解决减排途径，包括开发激进的新船设计。这个行业并没有因为闷闷不乐而坐视不管。

钉牢它
IMO海洋环境保护委员会（MEPC）成员同意在4月份制定正式的，多阶段的要求，到2050年将温室气体排放量减少50％，这是一项任务，无需任何机会或航运的最佳意图。建立在三个早期的法规之上 - 一个要求到2019年实施全球碳排放数据收集和报告系统，一个规定到2020年将海洋燃料中的硫含量限制在0.5％，另一个使用能效设计指数，规范新船效率的三阶段增长，到2020年增加10％，到2025年减少20％，到2030年减少30％。国际海事组织还要求到2030年减少至少40％的碳排放量，70％减少2050年

2050年后，该计划将在本世纪下半叶尽快实现零温室气体排放。
到2023年，该集团希望采取更详细，更新的战略，并解决诸如帮助欠发达国家承担减排的财政负担等棘手问题。
鉴于这些驱动因素，DNV GL的第二份“能源转型展望”报告（2018年）预测到2050年碳中性燃料将超过柴油燃料的使用，这主要是由于替代燃料，物流改进，减速以及“全面影响”。逐步提高新船的能效。“

脱碳是正式的巨大变化。
国际海事组织的运输效率和减排最后期限已经奠定了挑战，点燃了火炬，并使气候变化成为行业真正的变化。但是，任何人都在寻找那种能够在水面上行走的解决方案的圣杯，因为现在可以停止一刀切，减少排放的答案。没有一个解决方案，但很多。其中许多的固有缺点之一就是它们今天，而且很可能比柴油更节能，这意味着无论新的燃料和储能解决方案赢得了什么，船舶将需要消耗和储存比目前更多的燃料。这种涟漪效应将是巨大的。

开始倒计时
国际海事组织的“零”倒计分保证了海洋和能源部门的几乎每个角落都将专注于提高效率，至少在未来30年内消除排放和其他形式的污染。能源发电机，电源和储存;船舶设计;发动机，锅炉和其他推进设备;润滑油;涂料;密封剂 - 每个船只类型的每个部分和包裹都将被翻转，颠倒，重新设计，重新制定，重新管道和重新布线 - 甚至重新安置 - 作为海军建筑师和工程师，船东和运营商，投资者和海洋每个排列的金融家，研究人员和海洋环境组织都齐心协力，以解决净零禅的最佳路线。运营策略也在显微镜下。

对于气候战士而言，并非过早地让国际海事组织没有采取进一步行动，并要求到2050年减排70％以达到2015年巴黎协议，以保持全球温度升高低于2摄氏度，并尽可能接近1.5摄氏度。他们非常担心一个较热的行星融化冰盖，加热和酸化海洋以及超越海洋应对碳汇的天然能力的程度。并有充分的理由。

当然，国际海事组织成员国可以尽早采取行动，但“目标是行业的一大步，应该被认为是朝着正确方向迈出的一大步，”落基山研究所/碳战争的常务董事Ned Harvey说道。房间，非营利组织，与供应商和行业合作解决环境问题

在航运中醒来
尽管仍然是所有运输模式中最便宜和最环保的，但运输产生的排放量估计为2.4％。听起来并不多，但这大致相当于第六大碳排放国德国的产量。整体运输比其他运输碳排放源（即飞机，火车和汽车）要清洁得多。事实上，在拥有多达20,000个集装箱的巨型货车的趋势推动下，航运从未如此具有成本效益且更加环保。更大，更新，更现代化的船舶，在某些情况下运行新形式的燃料和推进装置，意味着较少的老式小型船舶，其中载有相同数量的TEU，主要在燃料仓上运行，同时产生更多的排放。

但船只基本上都是移动电厂。 “并不是说船只特别脏，只是它们中有很多，”SNAME的小型工艺技术和研究委员会及其海洋可再生能源技术和研究小组的工程顾问兼主席Christopher Barry说。它们共同产生了大量的排放物。尽管这些超大型集装箱船出现了，但全球贸易路线将更加平稳。在过去的25年中，世界各地24/7的船只数量增加了四倍，占世界商业的90％或更多 - 同时大部分燃烧着燃料。至少在美国，运输部门在过去几年中超过了能源，成为温室气体的头号排放国。航运需求不断攀升，国际海事组织认为，如果不加油的海上变化，到2050年该行业的排放量可能会高达全球碳排放量的17％。

行业进行这些变革非常重要，同意海军建筑师和船舶工程师协会（SNAME）技术副总裁兼技术与研究指导委员会主席Rick Ashcroft。 “有些事情你需要做，因为在某种程度上你会担心环境问题。”
哈维说，这个问题一直很缓慢，但是“低成本，低碳 - 所有这些东西都汇集在一起​​的问题 - 越来越多的船主试图平衡这一切。”

磨合
与此同时，船只需要记住几件事情：每一件事都代表了妥协的集合，阿什克罗夫特说，并没有两件是相同的。它们可以运行数十年，可以轻松地超过所选燃料，动力和推进系统和技术的过时，并且在适应改造方面面临巨大挑战。
当然，每个新建筑设计，船舶改造，设备更换或安置决策不仅受到推动变更的规定的影响，更重要的是，受到船舶平衡，吃水，尺寸，操作区域以及其他安全和船员要求的影响。存在。

访问也很关键。在考虑更换发动机或改变燃料来源时，突破船的甲板并拆除或重新布置地板，管道，布线，支撑梁等并不总是可行的。重新定位不同设计或尺寸的罐以容纳新燃料类型的存储可能损害容器空间，并影响安全性或结构完整性。
有些船只无法通过任何方式进行修复。您是否不顾年龄而废弃它们或通过购买碳税减免来寻求抵消碳足迹？ （是否要鼓励这种方法是很多争论的主题。）
在订购一类船舶时，如果在十年或更长时间内每年交付1-2艘船舶，如果中间订单履行新法规强制改变发动机或选择燃料或推进或储存，会发生什么？

这是一个难题，SNAME的Ashcroft说，从业主接近造船厂的规格到拥有新船或改装船的时间，往往涉及多年的过程。 “船舶不是由海军建筑师设计的;几乎每个海军学科都参与了这个过程。我们的工作是确保一切顺利，“阿什克罗夫特说。业主通过分析各种截然不同的减排方案来开始这个过程 - 一些是当前的，另一些是未决的，并且希望未来能够发现更多层次的行业。
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与此同时，压力不仅来自国际海事组织和国家的法规 - 美国和中国已经要求遵守0.5硫磺上限 - 而是来自该行业的客户。想要减少自身碳足迹的托运人正在认真考虑货运物流。有办法检查远洋伙伴的能源状况。一个例子是由伦敦大学学院能源研究所创建的算法，该算法使用AIS卫星数据跟踪各个船舶的位置和随时间的变化，并能够估算其运行能效和碳排放。

Rocky Mountain Institute / Carbon War Room与Rightship合作，在ShippingEfficiency.org上推出BetterFleet工具，该工具使用该算法为免费工具提供支持，使托运人，业主和投资者能够跟踪和比较约76,000名个人的排放和能效排名船只。 RMI希望扩展该工具以跟踪整个车队。

但是，这种扩张需要资金，最好是哈维指出，航运业的支持是最不透明的部门之一。 “如果他们共享数据，我们将很乐意更新它，但没有人这样做。”

一些公司正在采取行动，如托运人嘉吉和货轮马士基，努力减少排放。就马士基和其他人而言，哈维表示，这主要是从纯粹竞争的角度出发，为此他们认为他们的战略是专有的。毕竟，随着关注气候变化的客户/托运人试图减轻他们自己的影响，降低排放可能转化为更多业务。

'简单'RX
根据哈维的说法，除了减少运量和运费之外，运输中脱碳的途径需要一些“简单”的步骤：1）购买高效的船舶并对其进行改造，以便在实际情况下最大限度地提高效率; 2）减速并确保船主和船员得到适当的激励，以最大限度地提高运营效率; 3）尽可能使用风力辅助以减少对推进动力的需求; 4）改用低碳燃料。

哈维补充说，实施“将需要在价值链上下进行重要协调，并共同努力降低效率技术和替代燃料的成本”。
SNAME的Ashcroft说，从短期来看，大多数所有者“都会选择最不具侵入性的东西”。因此，在碳方面，慢速蒸汽和液化天然气是最受欢迎的方法，这并不奇怪。

哈维说，缓慢的蒸汽是另一件巨大的事情。它确实有效 - 它使用更少的燃料并减少排放。液化天然气不含硫，几乎不含颗粒物，氮氧化物含量比燃料少90％，可以在大多数现有发动机上运行，​​并且有混合动力选择。 “大多数船舶都具有处理C型LNG储罐重量的稳定性。你没有改变引擎。柴油发动机可以在LNG上运行。你必须改变燃料系统，可能需要换掉很多机器。它肯定比购买新发动机便宜，“阿什克罗夫特说。很多新建筑都是双燃料，即LNG准备就绪。每天都会有更多关于液化天然气船订单的公告，这比普通船的订单贵25％。
但每种方法都有自己的问题。

仅仅因为公司声称蒸汽很慢，并不代表它们。 “虽然谈论了很多，但没有太多理由相信慢速蒸汽与声称的一样普遍，”哈维说，并补充说这种做法很难追踪和执行。 “行业透明度很低，而且机组人员减速的实际动机很少。这种激励更有可能促进更快的速度，“他说，并补充说，速度是由经济驱动，而不是企业社会责任。
Ashcroft指出，船体针对特定速度进行了优化，而不是针对低速度进行优化，这可以最大限度地减少慢速蒸汽尝试带来的任何好处。

捕获液化天然气波
能量密度较低的液化天然气需要冷藏（需要自己的能量），新型储罐中的大量储存，不同的储罐位置等，如果不仔细定位，所有这些都可以将船拉离中心并切入集装箱空间。 “如果你必须保持一个特定的速度以保持竞争力，你能承受10％的电力减少吗？”巴里说。 “没有什么是免费的;一切都是工程界的权衡。你需要考虑所有这些事情。“'

SNAME的巴里表示，加油基础设施是液化天然气的重大障碍。根据船舶的时间表所处的位置，可能很难找到加油源，这意味着船舶可能需要在船上腾出空间来携带足够的燃料以支持往返。 （实际上，加油和充电是多个低排放或零排放燃料来源的问题。）

使用液化天然气和柴油的混合动力解决方案给那些对安全问题和发动机故障表示担忧的车主和操作员带来了另一个担忧，如果燃料混合在一起或者机组人员没有接受液化天然气培训。阿什克罗夫特认为，“当船只断电时，有一些事故发生，但它们会重新启动”。
LNG的一个重要缺点是必须包含的不同类型的排放物 - 有毒的甲烷气体 - 据说比碳更有害于环境。它可以被捕获，甚至可以作为一种能量形式进行回收，但它既复杂又昂贵，而且仍在被关注。

“与氢氟烯烃相比，液化天然气可以提供碳的微小改善，但考虑到上游甲烷排放的影响，这些改进会大大减少，”哈维说，并补充说甲烷排放对气候的影响比燃烧柴油，氢氟烯烃或煤炭要严重得多。 。他认为投资者，业主和运营商需要关注对LNG及其加油基础设施做出重大财务承诺。首先，相关的政策变化“可以很容易地将所有投资捆绑在一起。”氢燃料的进步可以使其在液化天然气投资获得回报之前很久就能与液化天然气竞争。

洗涤器
今天的另一个选择是“洗涤器”，它可以去除烟囱中的污染物。最近几周，计划安装洗涤器的公司数量明显增加。但业界对这项技术的看法很昂贵，这种看法很昂贵。 Harx说，SOx洗涤器可能是一种可接受的短期解决方案，但从长远来看，低排放燃料是一种“更全面的解决方案”。

哈维认为，对于二氧化碳洗涤器来说，将二氧化碳排放到海洋中只是将问题从一个环境转移到另一个环境，这是不可接受的解决方案。他表示，采用化学方法捕获二氧化碳以便在陆地上进行处理的洗涤器系统可行，但它们“与替代品相比”“可能不具有可扩展性或成本效益”。

另外，关于安装SOx洗涤器（低硫燃料仓）的替代方案以及是否会有足够的供应，以及它的价格会多么昂贵，争论仍在继续。

业主可能会抱怨，但如果这是一项环境法规，那就不是满足它的可负担性问题，阿什克罗夫特说。 “当汽车排放首次实施时，汽车人员说他们无法做到这一点。但他们已达到或超过这些标准。如果有一项规则需要做，那么航运业将需要某种方式来满足它，即使我们可能不了解今天的情况，“阿什克罗夫特说。 “这都是经营成本的一部分。市场将保持平衡。“许多监管导致消费者增加成本，他补充说。这正是马士基打算从2020年开始做的事情（参见相关报道）。

电池充电
该行业正在押注的一项技术将是巨大的，电池。需要储存风能和太阳能以及储存和供电，它们很重，目前在足够小的包装中提供的电力不足以在短途运输之外非常有用。但是全电动和混合动力推进动力的渡轮船队正在上线，提供了推动更强大，更实惠的电池进一步发展所需的市场激励。

完全由电池供电的大型船舶将需要“对船舶的操作方式进行根本调整，并进行谨慎的路线管理”，ICS在其“塑造航运的未来”白皮书中警告说。它表示，作为主要动力源所需的极大电池所需的空间可以通过消除油箱和传统发动机机械来抵消。它说，还需要开发一个可再生能源供电的全球充电基础设施。因此，虽然进步令人兴奋，但技术还没有到来。

哈维说，的确，成本正在随着技术的变化而下降。他认为，在未来十年的早期，电池可能是一个非常好的解决方案。 “你可以在世界各地运行一艘船，在船上或小型氢气罐中使用风或小型太阳能充电。现在你有一艘几乎完全可再生的船。“

替代燃料
还有其他无碳排放的替代品，一种几乎是怀旧的，一种看似无限的供应，一对极其有毒。所有这些都要么仍处于开发阶段，要么正在寻找具有成本效益的方法。除此之外，大多数仍处于研发阶段的选择包括氢，氨和燃料电池。然后是可怕的 - 核能。

风能和太阳能是补充能源，需要足够的电池存储和主电源。

风 -

谈谈回到未来。谁曾想过航运会回归其根源以利用风力发电，使用织物和转子帆（例如在LNG船上Grace）以及风筝？尽管如此，有助于提高传统系统效率的风力发电和其他技术不适合作为唯一的推进选择 - 尽管有可能使用风来减小尺寸，从而降低额外推进系统的成本。

太阳能 -

只要阳光灿烂，你就有足够的存储空间，对于那些在炎热的太阳下度过无数小时的船只来说，太阳能似乎是不费脑子的。但是，每个面板产生的电量将需要大量的面板，其布局需要考虑到它们的重量，拖船的存在，你如何停靠船只甚至安全问题，Ashcroft说。除了非常小的工艺，今天的太阳能只能增加其他电源。今天有船只在核电上运行。 SNAME的Barry表示，现代核武器虽然价格昂贵，但也很干净，“除非发生意外”，并加油50年，使核心“有利于船舶的生命”。

但缺点是危险 - 安全和安全是巨大的。运营商必须保护核心中的材料，保护技术不会陷入令人厌恶的手中，并找到处理核废料的方法。对于一些拒绝进入核船的港口来说，这太过分了。如果船舶报废，废物如何处理？您现在有专家报废要求。

那些对核选项感兴趣的人可以购买一个小型模块化核反应堆 - 基本上是一个盒子里的核武器。 Barry表示，它耗时数小时，当用尽时，客户必须将箱子送回来进行回收和加油。

无碳氨具有与丙烷相同的安全限制，但具有比LNG更多的能量，并且从压力的角度来看并不难以处理，并且可以在大型柴油发动机上运行。它的毒性也很大。 “人们已经想出如何用空气和水制造氨 - 但是有足够的可再生能源可以为商船队提供燃料吗？”巴里问道。
电力已成功用于渡轮和一些固定旅行路线的短途海上作业。但是，在锂离子电池出现突破之前，所需的电池所承受的巨大重量和空间将使它们难以进行更长时间的航行。

哈维预测氢和氢燃料将在2030年上线。氢可以采取液体，气体或燃料电池的形式，也可以用化石燃料制造。它具有低能量密度，可腐蚀金属并需要严重的低温。根据ICS，其作为船用燃料的主要挑战是生产，运输和储存成本 - 这是目前熟悉的大多数新型船用燃料前景。
生物燃料理想地是可再生的，并且仍然是运输的实验，因为它们需要土地来种植（尽管藻类等特殊设计的作物可能会改变这种状况），并且可能与粮食作物竞争，因此它们存在问题。目前，有一艘船正在使用植物油航行，根据GoodShipping计划，容器船Samskip Endeavor，将其通常的化石燃料组合换成经过处理的食用油。

信用还是粉碎？
一些业主可能会决定他们要么不能进行实际改变，要么在他们的船只符合要求时不能保持竞争力。对于这些所有者，还有另一种选择 - 通过基于包括每吨排放在内的各种方程式支付碳税来抵消其碳足迹，或者支付费用以在其他地方移除等量的碳。有点像公司通过种植一片树林来抵消他们的足迹。

还有其他所有者可能会确定某些船只太昂贵而无法修复，或者可能无法修复。也许可以说，引擎盖下没有足够的空间来适应移动到不同能源所需的设计/结构变化。根据SNAME的Ashcroft的说法，我们已经看到了一个上升趋势。 “过去几年，很多相对较新的船只都去了废料场。”

这里的涟漪效应超越了刮板的商业热潮。不同的燃料来源将需要新的处置规定和对目前拆除死船屠体的手工劳动力的更好培训。
巴里认为，这种趋势将导致新建筑的增长，并指出一些业主可能会被鼓励废弃以获得额外的资金用于建造新船的合理性。但不仅仅是传统的构建。正如2017年造船和设计三方论坛所要求的那样，新的燃料来源和排放消除技术及其运行和设计要求正在促进全新船舶设计的发展。它当时说，迫切需要以不同的方式设计未来的船舶，并在技术上更具创新性，以实现减少二氧化碳的目标。

例如，Aquarius Ecoship是日本Eco Marine Power设计的一艘货船，由风能和太阳能组合运行，并辅以传统燃料。据报道，这种混合物可以减少高达40％的排放量。该行业将密切关注日本航运公司NYK的另一艘先锋船，其生态船2030将使用液化天然气制造氢来运行燃料电池。由覆盖整艘船的太阳能电池板和40,000平方英尺的风帆来支撑风，这种组合可以减少70％的排放。可能到2025年，托运人Wallenius Wilhelmsen希望推出E / S Orcelle，它将由电力驱动，一半直接来自风能，太阳能和波浪能，而另一半则将部分能源转化为氢气，为燃料电池供电。