甲醇船舶的發展與挑戰

張艷

摘 要：柴油和各種石化產品的持續上行的成本壓力和環境風險，使甲醇在未來混合燃料中的地位越來越明顯。研究與實驗證明甲醇可以提供更大的環境效益，一旦更好地了解其安全性并且監管環境完全到位，甲醇燃料替代傳統船舶燃料將成為造船業轉型升級的重要方向。

關鍵詞：船舶；甲醇燃料；安全評估

盡管LNG被認為是未來流行的“綠色燃料”，但越來越多的研究與實驗證明甲醇可以提供更大的環境效益，甲醇有可能成為未來的海上燃料。

一、甲醇燃料的地位

當前汽油，柴油和各種石化產品的成本持續上行以及使用所帶來的環境風險促使全世界的科學家們亟需找到一種可替代的清潔燃料。早在21世紀初期，諾貝爾獎獲得者化學家喬治在他的著作《甲醇經濟》中闡述：甲醇——而不是當下流行的氫——可以取代石油和天然氣。首先，氫本質上是不安全的，與空氣接觸會燃燒；其次，只需稍加修改，甲醇便可以使用與現在燃料或多或少相同的基礎設施，然而氫需要在-253℃的環境下儲存，并且占用空間大，這使得與儲存和處理基礎設施相關的資本支出巨大。

更為重要的是；一方面人們對甲烷泄漏的現象知之甚少，一些少量的氣體從未燃燒的發動機氣缸逸出可能導致溫室氣體的排放，加重環境的污染；另一方面，船舶燃料箱一旦在海上遭受撞擊破裂，即使是小泄漏，泄露出的低溫使得周圍的基礎設施將承受極低的溫度，鋼結構可能會變脆和斷裂，從而造成災難性損壞和生命損失。

目前，甲醇作為美國啤酒氣體熱潮的一部分出現供應激增，產能從21世紀初的78萬噸增加到557萬噸。作為最廣泛使用的化學品之一，甲醇不太可能遭受與LNG相同的供應短缺。甲醇可以從天然氣中提取，甲醇廢氣（減去甲烷）具有與LNG類似的排放曲線。然而，甲醇也可以從非碳氫化合物來源生產，例如垃圾填埋氣體或生物質，可以導致其碳含量低得多。

二、甲醇船舶運行現狀

目前甲醇已被用作船舶燃料，雖然僅處于初始運行階段，但均取得了成功。2013年，加拿大“Waterfront Shipping”率先采用一系列50，000dwt集裝箱船使用甲醇燃料，每艘船配備MAN B&W; ME-LGI（氣態燃料噴射）發動機。 自2014年以來，歐洲合作伙伴挪威船級社（LR），HELM，Flensburger， Caterpillar Kiel，MAN D&T;，eyer Weyer造船廠等研發部門一直在研究甲醇作為游輪和Ro-Pax渡輪上的船用燃料的可行性。2015年，Ro-Pax渡輪“Stena Germanica”轉為運行甲醇。這項耗資2200萬美元的項目包括在岸上安裝甲醇儲罐，修改船用駁船，以及花費了1，300萬美元進行船體內部設施轉換。作為同類產品中的第一個，Stena Germanica項目的大部分成本都來自于新技術解決方案，安全評估以及規則和法規調整的設計工作。項目負責人估計第二次改造項目的成本要低得多——約為Stena Germanica轉換的30-40%，同時甲醇的轉換成本預計比液化天然氣低75%。

當前的甲醇燃料主要來自天然氣，2016年DNV GL（合并后的挪威船級社和德國船級社）對燃料的研究表明，雖然甲醇的廢氣二氧化碳排放量比傳統燃料低，但這種由天然氣衍生的甲醇在提煉和運輸過程中產生的“井到井”排放量比傳統燃料要高得多。此外，甲醇的環境效益高度依賴于制造它的原材料，使是生物甲醇也不一定比船用輕油（MGO）有很大的改進。2018年2月，歐洲甲醇研究計劃宣布為加拿大廢物處理公司、AkzoNobel 特種化學品公司，Air Liquid和鹿特丹港建立一個新的不可回收的廢物轉甲醇工廠。該工廠位于鹿特丹，每年將生產2.7億升甲醇，產量為350，000噸廢物，是加拿大埃德蒙頓產量的兩倍——這將屬于歐洲首例。將不可回收的廢物轉化為甲醇，不僅可以用于現有的供應鏈，還可以替代燃燒廢物所產生的化石，屆時甲醇將成為循環經濟的主要組成部分。

三、甲醇燃料面臨的挑戰

然而，如果要將甲醇作為未來的清潔燃料，還有許多障礙需要克服。

1、海上加油

甲醇是一種關鍵的石化原料，在輕工業中也有很多應用，同時可以在世界各地的港口地點使用，但是現有的傳統海上加油中心并不全部具備甲醇加注的能力，因此問題仍然是如何確保船舶安全和有效進行“最后一英里”海上加油。

德國甲醇研究所和英國Lioyds Register正在制定安全的加油指南，以確保通過正確理解和良好的管理，甲醇需要的安全風險不會超過任何其他類型的船用燃料”。 對于燃料供應系統，通常安裝雙壁管道，并可能在燃料儲罐本身使用氮氣作為惰性氣體作為額外的安全措施，因為甲醇在環境溫度下是液體，如果是泄漏會隨著重力泄漏。由于甲醇可與水混溶，因此在發生泄漏時會迅速生物降解，因此對環境和海洋生物的破壞性更小。相比之下，液化天然氣將作為天然氣排放到大氣中。同時，使用甲醇也使得發動機工作或維修燃料輸送系統變得簡單，因為甲醇可以很容易地從燃料管路中清除，與傳統燃料一樣完全“干燥”工作，幾乎不需要任何清理。甲醇雙燃料發動機還具有用于噴射口的密封油，可捕獲甲醇的任何潛在泄漏。目前已有實驗表明使用現有的燃料駁船用于處理甲醇是完全可行的。

2、安全評估

就像液化天然氣一樣，甲醇并非沒有安全問題。在絕大多數火災中，燃燒材料——建筑材料，發動機油，室內裝潢，油漆等——都會產生煙霧和可見火焰。然而，與船用柴油不同，甲醇可在室溫下著火和燃燒，更具挑戰性的是：由于其純度高，這種火在白天是完全透明的，在某些情況下，存在火災的唯一證據是輕微的高溫霧氣。因此，甲醇確實需要特殊的安全處理協議，幸運的是這是一種可以通過適當的教育和培訓來管理的風險。目前，美國柴油控制和預防中心（CDC）的存儲建議對于一般處理船用燃料的船舶管理人員來說都是熟悉的，例如：規定禁止吸煙或明火，封閉系統和通風，以及防爆電氣設備和照明。因為甲醇比汽油或柴油更難點燃，燃燒和釋放熱量更慢，所以盡管閃點較低，但它本身比汽油或柴油火更安全。

除此之外，甲醇是有毒的，其蒸氣中的呼吸可能是有害的，導致呼吸問題，頭痛，惡心和干擾視力。 雖然它不具有致癌性，但與燃料油中發現的許多化合物不同，甲醇可在體內代謝形成有毒和致癌的甲醛。

3、規則和法規

甲醇的安全使用需要通過相關規則與法規的制定與實施。作為低閃點燃料，2018年9月在國際海事組織運輸和集裝箱小組委員會（CCC 5）針對Marpol Annex VI（《國際防止船舶造成污染公約》F附則6）中相關規定提出了相關修正，并且將于2023年之前通過修正案獲得全面的監管批準，得到到IGF 代碼。

四、結束語

隨著以甲醇為燃料的低排放船舶相繼推出，甲醇燃料替代傳統船舶燃料將成為造船業轉型升級的重要方向。

參考文獻：

[1] 馮是全，胡以懷.甲醇燃料在船用發動機上的應用進展[J]，船海工程，2015年10期

[2] 《MARPOL73/78》，International Convention for the Prevention of Pollution from Ships