淺談嚴格環保要求下的船舶減排對策

周云龍

摘? ? 要：氮氧化物NOx排放TIER III標準已于2016年1月1日正式生效。同時，2020年全球限硫0.5%令迫在眉睫、EEDI PHASE II的適用臨近、以及PHASE III可能在2022年提前生效，這一系列規則給船舶行業帶來了新的挑戰，在日益嚴格的環保要求下船舶行業該如何應對，本文特做一探討。

關鍵詞：NOx TIER III標準;全球限硫0.5%;EEDI

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： The TIER III standard for NOx emissions has come into effect on January 1， 2016. At the same time， the global sulfur limit of 0.5% in 2020 is imminent. the application of EEDI PHASE II is approaching， and EEDI PHASE III may take effect in advance in 2022. This series of rules bring new challenges to the shipping industry. How should the shipping industry deal with the increasingly stringent environmental requirements is discussed in this paper.

Key words： NOx TIER III standard; Global sulfur limit 0.5%; EEDI

隨著國際公約對船舶排放要求的日益嚴格以及一系列新的排放標準的生效，船舶行業面臨著前所未有的挑戰。本文針對船舶氮氧化物、硫氧化物、溫室氣體排放等面臨的挑戰及可選擇的應對措施作一分析。

1? ? 對船舶氮氧化物的排放要求及應對措施

2016 年1月1日排放控制區氮氧化物排放標準IMO NOx Tier III 正式生效。在此之后建造的新船行駛至排放控制區（北美洲與加勒比海）時均需滿足Tier III 的要求。當前符合Tier III 排放要求的現有技術有：選擇性催化還原系統（SCR）、廢氣再循環裝置（EGR）、替代燃料（如LNG）等。

1.1? 選擇性催化還原系統（SCR）

選擇性催化還原系統（SCR）是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如NH3）有選擇性地與煙氣中的NOx反應并生成無毒無污染的N2和H2O。在SCR脫硝過程中，通過加氨可以把NOx轉化為空氣中天然含有的氮氣（N2）和水（H2O）。

本方法的優勢是首次安裝成本較低、能夠適用于大多數主機，全球已有許多安裝案例。但本方法由于要消耗尿素，運行成本較高，以及主機處于低負荷時不能有效減少氮氧化物的排放。

1.2? 采用廢氣再循環裝置（EGR）

廢氣再循環裝置（EGR）是將部分廢氣重新引入氣缸與新鮮空氣混合，因廢氣中含有氮氣和二氧化碳等類似于惰性的氣體使燃燒減慢，進而降低NOx的生成和排放。

本方法優勢是能夠節省空間、運行成本較低，但存在首次安裝成本較高、燃燒效率降低、船舶需要儲存堿且保證持續供應等缺點。

1.3? 使用LNG等燃料動力系統

LNG是業界普遍看好的替代燃料，根據我國交通運輸部水運科學研究院對已有LNG船的排放監測結果顯示，在不同的工況和同等主機功率下，LNG船的排放數據均低于同等功率的柴油機動力船，其尾氣排放含有的氮氧化物、硫氧化物以及固體顆粒分別降低87%、92%和98%，且CO2 排放量比柴油機動力船降低26%。但LNG并非是完全不對大氣造成任何污染的完美燃料，LNG不完全燃燒會釋放出甲烷，由此帶來的溫室氣體效應是CO2 的近30 倍。

2? ?對船舶硫氧化物的排放要求及應對措施

船舶柴油機使用的燃油燃燒會釋放出硫氧化物（Sox），容易形成酸雨對植物產生破壞。 2005年5月19日生效的MARPOL 73/78公約對柴油機硫氧化物排放提出了限制標準。近年來，硫氧化物排放控制區不斷擴大、控制標準逐漸提高，已成為包括煉油廠、燃油供應商、船舶設計制造單位及各航運公司在內的整個船舶行業產業鏈面臨并亟待解決的重大課題。目前，硫氧化物排放控制區包含北美、加勒比地區、波羅的海和北海地區，在上述區域行駛的船舶需滿足0.1%的硫排放要求。按照IMO的規定，到2020年全球范圍內船用燃油的含硫量質量分數從目前的不超過3.5%降低至不超過0.5%。

我國交通運輸部發布的《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》要求自2019年1月1日起，海船進入排放控制區應使用硫含量不大于0.5%的船用燃油;并適時評估船舶使用硫含量不大于0.1%的船用燃油可行性;確定是否自2025年起，要求海船進入我國沿海排放控制區應使用硫含量不大于0.1%的船用燃油。

全球0.5%限硫令2020年1月1日起將正式實施。對此，船東可選擇的應對措施主要有三種。

2.1? 當前暫不采取任何措施，等至2020 年開始使用低硫油

這一選擇的優勢在于不用前期投資，但可能面臨低硫燃油供不應求及燃油成本升高的風險。隨著2020年即將到來，根據普氏能源和臺灣某煉油商初步預測數據顯示，含硫量3.5%船用燃油與含硫量0.5%燃油之間的差價預計在40～104美元/噸。如果最終兩種含硫燃油差價落在40美元左右，那么使用低硫油來滿足限硫令無疑是具有很大的經濟優勢。

2.2? 安裝船舶尾氣脫硫裝備

目前很多新船船東在簽約時都會將安裝脫硫塔作為標準規格要求，已簽約處于設計中或在建船的許多船東也在向船廠提出追加脫硫塔或者預留以后改造空間的要求。但目前全球成熟可靠的脫硫塔廠家稀少，在技術和可靠性上都有待進一步驗證，市場呈現出供不應求現象，難以滿足大部分船舶的交貨期要求。

脫硫塔安裝改造成本較高。據權威機構調查，以VLCC船為例，新造船時安裝脫硫設備的成本大約為四百萬美元，而老舊船改造的安裝成本大約在400 ～ 800萬美元之間。因此，對于超過15 年的老舊船舶，考慮到其安裝脫硫設備的巨大改造成本，很可能會提前被淘汰。但安裝脫硫設備的優勢是后期運營成本低，可使用更加便宜的高含硫燃油。

2.3? 使用LNG等替代燃料

LNG儲罐會占用船舶裝載空間、降低船舶貨運能力。雖然LNG燃料是新環保要求下控制硫氧化物排放的重要解決方法，但其發展速度仍比較緩慢，主要原因是船用LNG燃料加注站及加注配套設施不足。截至目前為止，全球范圍內已經建成的LNG加注網點約有60個，主要分布在歐洲、新加坡、中東和加勒比海等地。

我國已建成18座船用LNG加注站，但投入運營的僅有6座，其中5座集中在江蘇境內。因加注站數量不足且布局集中，在實際運營中船東要提前估算好船舶燃料里程，確保在需要加注燃料前到達加注站，這勢必會影響船舶運營航線的靈活性以及船期的計劃性。

3? ?對船舶溫室氣體排放要求及應對措施

在2008年召開的海事環境保護委員會第58次會議上，將新造船CO2設計指數改為新造船能效設計指數（EEDI）。從2013年1月1日起，所有400 GT及以上的國際航行的新造船必須強制執行EEDI標準。根據MARPOL附則VI-REG 21，新造船EEDI要求值以同類型船舶基線值為基準，根據不同的實施階段引入不同的基線值折減率，從而使EEDI要求值不斷降低。EEDI設計指數折減標準分為四個階段，各個階段生效日期及折減率見表1。

目前EEDI尚處于PHASE I階段，現有船舶基本都能滿足此階段設計指數要求.但根據評估，以當前建造船舶的EEDI水平為參照，油船、散貨船、集裝箱船三大主力船型滿足2020年即將生效的PHASE II比率分別為23%、5%和10%，而面臨更加嚴格的PHASE III要求，則挑戰更大。

2018年5月舉行的國際海事組織海洋環境委員會第72次會議，通過了航運業首項溫室氣體減排戰略。該戰略的愿景是至本世紀中葉，全球航運業溫室氣體排放量與2008年相比降低50%以上，而最終的目標是實現零碳排放。對于船舶業來說，如何降低EEDI數值以滿足不斷嚴格的碳排放要求是亟需解決的重要課題。

通過EEDI的計算公式可知，航速、裝載能力、功率、燃油消耗等因數是影響碳排放EEDI數值的關鍵參數。從這幾個方面考慮，降低EEDI指數可采取如下方法：

3.1? 降低航速

降低航速會產生相應的弊端：一方面，在運輸總量一定時，航速降低會導致運輸船舶數量增加，降低了運輸周轉效率，變向導致了溫室氣體排放總量增加;另一方面，降低航速會直接影響船舶營運指數，降低我們在船東選擇船廠時的競爭力。

3.2? 增加載重量

對于散貨船和油船，在船舶共通結構規范（HCSR）已生效的背景下，空船重量的控制在設計上已無過多的優化空間。在此背景下，增加載重量勢必要增加船舶主尺度，進而增加空船重量，因此需要進行雙向權衡。

3.3? 降低主機功率

降低EEDI的主要方法是通過降低主機功率來實現。但為了確保船舶在發生事故的應急狀態下仍然具備迅速機動的能力，規范對主機最小功率提出了最低的限制要求。根據當前主流船型能效指數的研究成果表明，面臨2020年左右生效的PHASE II排放要求，降低主機功率不能解決問題;

3.4? 使用新型燃料

新型燃料包括LNG、風能、生物燃料、電池技術等。其中，風能和生物燃料的應用尚處于起步階段，距離技術成熟還有許多問題需要解決;電池技術雖然已在汽車、鐵路等領域廣泛應用，但由于船舶運輸的超大裝載量、超遠航程以及海上航行等因素限制，電池續航能力、沿途充電點布置等目前都難以滿足船舶航行需求;而LNG燃料是最具有可行性的解決方案之一。

3.5? 優化涂層技術

船舶水下外板表面粗糙度會影響船舶航行阻力，較高的粗糙度會增加航行阻力，從而導致主機利用率降低、油耗上升。通過優化涂層技術，如使用低摩擦防污漆來降低船舶阻力，進而減少能耗。

3.6? 開發更加節能的船型

目前已有研究機構正在開發非對稱型的船尾，通過優化尾部船體形狀調整流場，進而減小船舶的阻力、提高推進效率。另外，可以替代鋼板的輕型材料以及復合材料的研發應用，也將成為未來解決方案之一。

4? 小結

目前全球船隊總計約20億DWT，其中15年以上船齡老舊船約3億多DWT。面對環保要求帶來的成本上升壓力，這些老舊船舶可能面臨提前拆解的命運。同時，為了滿足越來越嚴格的新規要求，新造船的設計和制造成本將更加高昂，不但提高了船東的經濟成本，同時也會壓縮船廠的利潤空間。

對于船舶建造和運營企業來說，面對日趨嚴格的環保要求，選用何種船舶減排對策固然面臨選擇之難，但無論如何這些法規勢在必行，船舶行業必須提前研討對策。

參考文獻

[1] 譚松. 環保新要求如何影響新造船市場[J]. 中國船檢， 2018（06）.