脫碳塔真的要來了？

本刊記者 王思佳

為進一步推進國際航運減排進程，國際海事組織（IMO）敲定了減排三步走戰略，并制定了雄偉目標——到2050年實現零碳。然而就目前行業現狀而言，綠色技術措施尚在研究中，零碳燃料也還未普及，想要實現IMO制定的目標，無論從時間還是操作難度方面都存在巨大挑戰。那么，相較于其他措施，成本與時間優勢明顯的碳捕獲與封存技術會是苦苦尋覓脫碳路徑無門的航運業的最佳選項嗎？船上又該如何進行碳捕獲？脫碳塔真的要來了嗎？

航運業減碳新選項

為推動國際航運業盡快實現減排目標，IMO于2018年通過了減少船舶溫室氣體排放的初步戰略，從愿景目標、減排力度、指導原則、不同階段的減排措施和影響等方面對航運業應對氣候變化的行動作出總體安排。這不僅是全球航運業首次為應對氣候變化制定的溫室氣體減排戰略，更是IMO在航運溫室氣體減排談判進程中的重要里程碑。該初步戰略確定了溫室氣體減排的量化目標及階段性減排措施：與2008年相比，國際航運每單位運輸活動的平均二氧化碳（CO2）排放量到2030年至少降低40%，并力爭到2050年降低70%；與2008年相比，到2050年國際航運的年度溫室氣體總排放量至少降低50%。

為推動低碳技術的研發進展，加快實現船舶向低碳、零碳燃料的轉型發展，推進國際航運業溫室氣體減排進程，IMO專門制定了三個階段的措施：短期措施（2018—2023年），改善新船和現有船的技術和運行能效，發起研究開發替代性燃料等新技術的行動；中期措施（2023—2030年），引入替代性低碳和零碳燃料實施計劃，加強技術合作與能力建設等；長期措施（2030年以后），引入零碳燃料，鼓勵廣泛采用可能的新型減排機制。

根據計劃可以看出，初步戰略將于2023年正式定為最終戰略，留給業界的時間已十分緊迫。為提升行業競爭能力，世界主要航運和造船國家積極制定綠色船舶發展規劃，各大企業紛紛加快了船舶減排技術的研究步伐。

挪威政府決心到2030年將國內航運和漁船的碳排放量削減50%，并采取立法規劃、財政支持、政企合作、配額制度、公共采購減排化、注冊激勵機制等手段持續推進各類型船舶的低碳減排工作，加快航運業的綠色發展。日本正致力于在2030年前引入超低排放或零排放船舶，以期實現90%及以上（較2008年）的溫室氣體減排量。英國將2020—2030年視為突破和發展零排放船舶技術的關鍵時期。為了實現2030年的船舶脫碳方案，英國明確《低碳行動 2050》中關于發展零排放船舶的需求，開展零排放船舶的工業可行性評估，厘清現行船舶與零排放船舶之間的差距，對不同的脫碳方案進行比較，明確向零排放船舶過渡發展過程中的推動因素，制定低碳行動計劃來推動零排放船舶全面發展。

除了政府的規劃，部分領軍企業更是主動提出要提前實現零碳目標。集裝箱航運巨頭馬士基在2018年便率先宣布，為加速向碳中和航運過渡，公司計劃到2050年實現凈零碳排放目標。今年年初進一步宣布，將在2023年推出全球第一艘碳中和集裝箱船舶，比此前計劃在2030年實現該目標提前了七年，此舉將加快船舶運營領域的脫碳速度。

目前，行業已經探索出的可實現零碳的手段包括技術措施（例如船舶能效設計指數EEDI、優化船型、開發新能源船型、采用螺旋槳節能技術、采用節能涂層等）、營運措施（例如減小船體的粗糙度、加強日常管理維護、采用經濟航速等），以及使用替代能源或新能源（例如生物燃料、氫氣、氨氣等）等。

然而，這些措施想要實現廣泛推廣與應用顯然還有較長的一段路需要走，但減少溫室氣體排放卻刻不容緩，盡快找到有效的脫碳路徑成為全行業亟待解決的難題。就在大家苦苦尋覓之時，一個對于航運業具有里程碑意義的事件給了行業以啟發——IMO限硫法規的生效。2020年1月1日，史上最嚴限硫法規正式生效，物理干預手段——脫硫塔的立竿見影優勢被凸顯出來，一時間，脫硫塔成為各大船東爭相搶購的市場主流產品。

隨著廢氣清潔技術在船舶上的應用逐漸成熟，讓人不禁思考，是否可利用此技術來解決脫碳難題呢？目前各方正在研究中的多種碳捕獲與封存技術顯然為這一設想提供了新的方向。

CCS技術發展迅速

碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage，簡稱CCS）是指將二氧化碳從工業和能源等相關源中分離、收集和封存，以避免其進入大氣層的一種技術。這種技術被認為是未來大規模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經濟、可行的方法。

目前，各國都已展開了關于碳捕獲與封存技術的相關研究，并已取得相應進展。包括丹麥海事發展中心的DecarbonICE技術、瓦錫蘭(W?rtsil?)的“脫碳塔”、Daphne Technology的通用綠色轉化器(回收利用捕獲氣體)技術等。

丹麥海事發展中心所開展的DecarbonICE技術解決方案的概念基于捕獲和封存兩個部分。船舶廢氣中的二氧化碳和其他溫室氣體(GHG)在船上通過低溫過程被捕獲并變成干冰。在正常的船舶作業過程中，利用成熟的海上技術將干冰運輸到海底沉積物中。在該項目中，二氧化碳將以液態二氧化碳和二氧化碳水合物的形式安全、永久地儲存。DecarbonICE方案可以用于新建的船舶，也可用于現有船舶的改造，為向IMO目標過渡提供了新的選項。該方案得到了日本船東日本郵船（NYK Line）、新加坡油輪船東Teekay、新加坡環球航運集團(BW Group)、愛爾蘭船東阿德莫爾（Ardmore）、俄羅斯最大航運公司Sovcomflot、巴西淡水河谷公司(Vale）以及挪威獨立油輪船東和運營商Knutsen OAS等船東和租船人的支持。據悉，該方案正在經歷從概念階段到監管審批的過渡，據稱有潛力將航運溫室氣體排放量減少約90%。此外，據該公司稱，與未來的碳中性燃料(如生物燃料和電力燃料)相結合，該脫碳技術可以創造負碳運輸的可能，從而以比岸上碳捕獲低得多的成本為大氣碳減排做出貢獻。

脫碳塔。挪威綠色船舶系統制造商Teco 2030也推出了堪稱洗滌塔2.0的下一代船舶廢氣清潔系統，該裝置能夠有效減少各類廢氣排放，還配備了碳捕獲和儲存功能。這款產品被命名為“未來漏斗”(Teco 2030 Future Funnel)。據了解這款模塊化的廢氣凈化系統適用于所有類型的化石燃料，符合IMO有關硫氧化物排放的現有法規，而且還為將來應對顆粒物、黑碳、氮氧化物以及二氧化碳排放監管要求做好了準備。“未來漏斗”優勢明顯：同時符合0.1%和0.5%限硫法規要求，硫氧化物減排率高達99.9%；干、濕運行皆可；維護成本低，易于操作；可以在航行中進行安裝，僅需短暫停靠即可進行海底門和舷外安裝，從而減少停工時間；具有開環、混合和混合就緒系統；適用于所有類型的船舶和發動機，僅需微小改動；資本支出和運營支出低。此外，芬蘭知名脫硫塔制造商瓦錫蘭最近也強調了在廢氣排放點進行碳捕獲的潛力，就像目前利用洗滌塔去除硫氧化物那樣。瓦錫蘭的初步發現表明，在船上進行碳捕獲和封存“在技術上是可行的”，他們將在挪威莫斯地區安裝一個1兆瓦的試點裝置來測試這一理論。

通用綠色轉化器(回收利用捕獲氣體)。由沙特阿美能源風險投資公司(Saudi Aramco Energy Ventures)資助，并獲得了歐盟的資金支持的初創企業Daphne Technology將目光聚焦在解決各種燃料所產生的二氧化碳，其目標是在2021年年底之前安裝世界首個實現循環經濟的干式廢氣清潔系統。目前，該公司正在開展多個試點項目，其中一個期間項目是可以安裝在船舶上的通用綠色轉化器，即插即用，該項目旨在消除船舶廢氣中的有毒污染物和GHG排放物，包括99%的硫氧化物(SOx)和顆粒物(PM)，以及85%的氮氧化物(NOx)。據介紹，該裝置還有望將使用LNG雙燃料發動機的船舶的甲烷泄漏減少約80%，還能夠轉化未來船舶應用氨燃料導致的氨泄漏。與市場上其他可用的單一污染物技術相比，該多污染物減排技術在減少空氣和海洋污染方面更加有效。該技術安裝簡單、快捷、便宜，且是獨立并可擴展，與船舶引擎的大小成比例。可安裝于現有船舶，也可應用于新造船。據稱使用該技術的船舶可以滿足甚至超過當局以及IMO的排放法規。此外，該技術涉及到高能電子，它能分解煙囪中的分子，因此排放出來的物質可以被捕獲、存儲并且再利用作肥料生產。

最佳選項“脫硫塔”

CCS技術可以分為捕集、運輸以及封存三個步驟，目前捕獲技術已經發展得較為成熟，封存技術以及二氧化碳運輸技術均還處于研究中。對于該應用的前景，業界各方整體態度相對樂觀。

瓦錫蘭公司董事Sigurd Jenssen表示：“碳捕獲技術令人振奮，因為它可以在相對較短的時間內顯著減少碳排放，而且碳捕獲更適合船舶應用。CCS將在2050年之前降低航運業溫室氣體排放量的重任中發揮重要作用。”的確，與替代燃料相比，開發碳捕獲技術可能還需要幾年時間，而前者需要更長的時間來建設必要的基礎設施。

巴西淡水河谷黑色金屬價值鏈主管Vagner Loyola也曾表示，公司一直希望為減少客戶和供應商的排放做出貢獻，而航運業也包括在這一戰略中。而脫碳技術正是公司為實現這一目標而研究的技術之一。

Sigurd Jenssen表示：“當然，我們想要測試的是陸基設計是否可以轉移到船上，不過這還需要克服諸如空間等操作限制。”據了解，該系統可能需要一個單獨的廢氣清潔系統，同時，還需要做更多的試驗來驗證現有的洗滌塔是否也可以處理二氧化碳萃取。唯一的區別可能是需要選擇不同的溶劑類型。

“在陸地上有可能實現90%的碳減排，但是對于航運，我們將從70%開始，這是每艘船的減排目標。”Sigurd Jenssen介紹道。

除此之外，目前對于碳捕獲和封存仍有很多亟待解決的問題，包括確保二氧化碳的永久安全封存；確保二氧化碳不會對環境產生負面影響，特別是生物多樣性；采取國際協商一致的程序以獨立核查監測二氧化碳的相關活動；降低碳捕獲和封存的成本以大規模實施這一技術等。

當然，有業界人士可能也會擔心如果將收集起來的二氧化碳排放到其他地方，將會造成新的進一步影響，例如排放到海底，可能會破壞海底生態等。

圖1 丹麥海事發展中心的DecarbonICE技術

圖2 Teco 2030推出船舶廢氣清潔系統

但就目前而言，綜合成本及時間優勢，“脫碳塔”顯然是不失為航運業當下的最優選項之一。同時，盡管CCS的大規模商業推廣尚需時日，但業界也較為看好CCS的技術應用前景。

Sigurd Jenssen指出，無論最后是哪種措施得以推廣，想要降低航運業對于環境的影響并非只有一種方式，而是需要跨行業、跨領域進行廣泛合作與創新。未來，環境法規必將越來越嚴苛，這定將對航運業帶來巨大影響與挑戰，但同時，這也將為行業帶來新的發展機遇，助力行業快速邁向綠色、環保、可持續發展的方向。相信在不久的將來，航運業定將走出一條屬于自己的有效脫碳路線。