雙碳目標下的航運減排路線圖——訪中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院歐陽明高教授

本刊記者 王思佳

減碳已成為當前全社會所面臨的共同任務。綠色低碳發展，碳達峰、碳中和戰略將給全社會各個領域帶來廣泛深刻的系統性變革。航運業作為服務全球貿易發展的基礎力量，也將不可避免地參與到這場變革中。那么在碳達峰、碳中和兩個階段目標中，誰能撐起舞臺？航運業要實現雙碳目標存在哪些迫切需要解決的技術難題？在雙碳背景下的船舶行業轉型過程中的安全問題又應如何保障？帶著這些問題，本刊記者專訪了中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院教授歐陽明高。

新能源體系的形成

記者：您如何看待我國做出的碳達峰、碳中和承諾？交通領域如何實現雙碳目標？

歐陽明高：自去年9月以來，習近平總書記先后7次在不同會議場合強調這一重大戰略，并將其提升到了中華民族永續發展和建立人類命運共同體的高度。這是全人類的共同事業，也是我們新發展理念（創新、協調、綠色、開放、共享）的全方位的完美體現。同時我認為，這與我國國家利益訴求點也形成了完美統一，這一國家戰略必將會對中國經濟社會帶來一場全方位的變革。

作為能耗和碳排放的三大行業之一，交通運輸行業的低碳發展勢在必行。由于交通領域的特殊性，相較能源、工業等其他行業，交通領域是唯一還在上升的碳排放領域。此外，相較于國外，中國的交通行業還處于大規模發展中，這意味著未來中國交通領域的碳排放量存在潛在的大規模上漲趨勢，因此相比其他各行業，交通領域要想在2030年實現碳達峰的難度更大，任務更為艱巨。在碳綜合方面，交通領域面臨的技術挑戰也比其他行業更大。因此我們要有緊迫感，要立刻行動起來。

當然，這既是挑戰也是機遇。我們目前正處于第三次能源革命（可再生能源轉型）和第四次工業革命時期，綠色化、智能化已進入革命性爆發時期。正如習總書記所說，我們正處在百年未有之大變局，在今后二三十年間，此變局在交通行業將會體現得更加明顯。

記者：雙碳目標將為交通行業帶來哪些變革？

歐陽明高：以陸上交通為例，我們對于新能源汽車的研究已經有20年了，目前乘用車方面的市場推廣已實現全方位普及，電動轎車數量今年預計會達到250萬輛，明年有望突破400萬輛。前期緩慢的瓶頸期已經跨過，目前已經進入爆發期，這將是不可阻擋的趨勢，而且這個趨勢會帶動交通領域的全面電動化。

其實，我們目前已經進入交通全面電動化的時代，包括汽車、火車、船舶、飛機等各領域，而這些領域的電動化都是由陸上交通拉動起來的。例如氫能，是在燃料電池轎車的研制過程中發展起來的。

縱觀每次能源革命或工業革命，都是由某種交通工具帶動整體的發展與變革。例如第一次能源革命是火車帶動了煤炭的大規模發展；第二次能源革命是汽車（使用內燃機）帶動了石油的發展，石油成為當時政治、經濟、外交、金融等方面的重要載體。而如今，正處在從油氣向可再生能源的變革之中，未來，可再生能源將替代石油成為新的載體，可能是電、氫以及氫的載體（例如氨），繼而形成一個新的能源體系。

記者：對比陸上交通，水運交通有何不同？水運交通如何實現雙碳目標？

歐陽明高：可以說，目前是汽車領域拉動著新能源體系變革向各行各業擴展，對于水上交通而言，目前也呈現出綠色發展大趨勢。據我了解，水運行業正在積極探索研究各種減排技術與措施，包括利用清潔能源，應用輔助裝置、能效技術優化管理等。

水上交通相較于陸上交通更具全球屬性，其包括內河航運和國際航運，因此對于水運交通而言，不僅要遵守國內的法規，還要遵守全球的法規，例如國際海事組織（IMO）針對溫室氣體減排提出的初步戰略，以及我國的雙碳目標等。面對內外各方壓力，我認為水運交通需要進一步加大投入，加快推動關鍵技術創新及清潔能源規模化應用和相關技術標準的研發，例如如何將現有的燃料——液化天然氣（LNG）、甲醇、氫、氨等——應用到船舶上等。接下來，水運交通的綠色發展將從起步階段邁入提升發展階段，以推動我們當前航運主流能源形勢的變革，我認為這才是根本。

水運變革特色之路

記者：您認為水運行業的最佳技術路線是什么？

歐陽明高：水運行業的技術路線圖肯定與汽車不一樣。對于船舶而言，我認為轉型之初可能還不能完全舍棄內燃機，除了選擇使用燃料電池、純電動作為動力，可能還需要繼續使用內燃機，只是燃料的選擇可能更加多元（更換無碳燃料），該選擇的技術經濟性相對比較容易達到市場要求。

電動船方面，據我了解，目前已經有了純電動船，與汽車只需要幾十度電不同，電動船需要裝載很多電池，因此電動船安全問題可能將是需要大家未來重點關注的核心問題。

無碳燃料方面，即基于可再生能源的制氫，然后在此基礎上再制氨/甲醇，從氫的角度來看，我想灰氫可能是沒有前途的。在十年前也許還有可能，但在如今的大背景下，很難再繼續用灰氫。而且，汽車行業的轉型本身就是向著全可再生能源方向發展，也就是真正的新能源電動汽車。剛開始的“新能源汽車”雖并非真正的新能源，那只是新能源汽車的第一階段（煤含量較高），但之后煤的比例逐年下降，目前就算直接用網電也可以減少二氧化碳排放。但對于船舶而言，如果選擇使用煤炭制氫再制氨/甲醇，外加內燃機的組合，就需要考慮做評估——這么做是否有可能會增加碳排放？

記者：在您看來，目前需要迫切解決的技術問題/難題有哪些？

歐陽明高：正如我前面所述，由可再生能源轉變過來的，一個是使用電，一個是氫。因此，在技術問題方面，我認為有兩點需要重點關注。

首先是純電動船舶的安全問題。電池的比能量一旦升高就會出現安全問題，而實際上，比能量中等時就會出現安全問題。例如4·16北京儲能電站火災事故，其使用的相對安全系數比較高的磷酸鐵鋰電池照樣發生著火事件。

根據我們以往經驗，我覺得船舶在這方面的風險可能會比汽車更大，因為純電動船舶所載的電池量與儲能電站差不多，其風險相當。此外，由于電池制造過程中總是會有一定比例的缺陷電池存在，哪怕是百萬分之一的比例，因此，電池數量越多，出現缺陷電池的可能性就越大。事例也證明，電站著火的比例遠高于汽車。因此，安全問題是電動船的核心問題，需要特別關注。

其次，如果直接使用氫，存在儲存和運輸等各方面的問題，因此還需在船上找到氫的載體。目前來看，氨可能是大家比較看好的一個載體。據我了解，水運行業的相關工作已經開始，這或許會成為船舶行業做氫能應用的一個特色方向。因為氨的燃燒速率偏低，更適合目前船舶所使用的中低速柴油機使用。

綜述，我認為水運行業還是可以大有作為。以上兩個技術方向將是水運行業可以做出特色和優勢的，而且肯定會比汽車更加突出。

記者：第一階段碳達峰目標，誰將撐起這個舞臺？

歐陽明高：碳達峰目標的達成，我認為還是需要依靠LNG等低碳燃料或低碳技術來實現。因為第一階段所剩時間很短（不到十年），現在想要大規模推廣其他新技術根本來不及。我之前所提到的氫、氨等零碳燃料和零碳技術是實現碳中和目標的主要手段，這兩者是可以分開的。

所以，我認為在水運行業實現雙碳目標的技術路徑中，低碳燃料、高效發動機、高效的船舶整體節能等現有技術手段將是實現碳達峰目標的主體技術，我們需要做的只是將其推廣應用，先用起來。同步研發零碳燃料、零碳技術等，到2030年之后再逐步替代。

記者：現階段需要克服的主要障礙是什么？

歐陽明高：技術的轉型和變革會帶來利益的重組，有些相關方將不可避免地會喪失一部分利益。以前在討論低碳話題時，并不需要做任何實質性的承諾或動作，因此所有相關方都愿意參與討論。但隨著兩碳目標的提出，低碳問題被具體化和量化了，通過計算就能知道各方所需要做出的碳減排貢獻值是多少，減排時間表也逐步清晰明確，各參與方的態度也在發生變化。

因此，我認為目前需要克服的障礙并不是技術，而是觀念。技術革命和社會革命是類似的，也會有革命者、保守者，甚至會有反對者，這些都由利益決定，所以這是目前最大的障礙。就好比汽車行業，變革初期很多人是不愿意改變的，例如決定不再使用石油，石油商肯定首先不愿意，一方面他可能跟不上變化，另一方面他可能也不愿意跟。

但是，觀念不改變，很難跨出第一步。因此，破除利益的藩籬可能是當前最重要工作。這個比技術難度更大，改變起來時間也更長。

一面兩線三點促共贏

記者：水運業要實現雙碳目標應如何做？

歐陽明高：我總結為一個面、兩條線、三個點。

一個面，主要是指雙碳涉及的領域這個面非常大。工作覆蓋面非常廣，但人員卻極其有限，需要依靠大家的智慧與力量通過合作與交流才能完成。該項工作更多的是做一些宏觀的、軟科學的資料收集、整理、消化和吸收，并做進一步理解和評估。盡管這項工作相對偏虛，但卻相當重要。

兩條線，一是低碳/零碳技術線，二是規范/標準線。這些都屬于船級社的定位和職責，CCS（中國船級社）要發揮好獨一無二的牽引作用。對于低碳/零碳技術，CCS需要對所有國內外低碳技術、技術路線等進行測試、評估與初步篩選，選出哪些適用，哪些不適用。找出適合船舶使用的零碳的/碳中和的新能源技術。對于相關的規范/標準，CCS更是責無旁貸。盡早制定出規范，通過規范標準來實現引領行業健康發展。

汽車行業的技術路線經歷了多次反復，現如今仍存在未達成共識的方面。我國是從2008年開始確立推動轎車的純電驅動，當時在國際上爭議很大，反對聲音占大多數，我們并不占主體。一直到如今我們站住腳跟，并且國際上各方也朝著這個方向前進。再例如汽車領域的卡車目前也正在進行一次多元化的選擇。因為多元化最后還得要走向一體化或者選擇幾個選項，不可能所有選項都可行，如此經濟上肯定無法支撐。

那么船舶行業是否也能走出相同路徑呢？也就是說不完全跟跑，形成具備我們優勢的引領。在這個方面，我認為中國船級社有責任，且大有作為。這類評估與選擇最終還是要靠技術經濟性來決定，要在國內外市場上與其他技術形成商業競爭力，不可能長期依靠補貼。我們要把自己主導的路線做出來，引導大家按照我們路線走。

三個點。第一是燃料，我認為重點應該是氫的載體，氫究竟用什么方式使用在船上。目前，我比較看好的是氨，因為其儲氫的重量比能量和體積比能量都比較高，此外，氨合成再轉化成氫的技術比較成熟，也符合中國特色，中國有很多化肥廠，目前已有很多合成裝置，而且技術的升級、技術的接替性也非常好，馬上會有更高效更綠色的電化學合成技術投入應用。因此我認為，中國船級社的綠色實驗室可以介入到氨的研發層級，而不僅僅是評估。

第二是動力（內燃機），當然需要跟燃料配合，例如電池。我認為既突出船舶特點，又突出中國特色的使用氨的內燃機方面值得深入到技術研發的層面，即中國船級社需要與外界建立合作，真正做相關研發工作。我想強調的是，我所說的研發要突出水運優勢、中國特色。我看到中國船級社的建社方針中有“與眾不同、國際一流”的表述，我的理解是要與眾不同，還要世界一流的技術，需要精心選擇。

第三是安全。首先是電池和氫的安全，尤其是電池的安全，其在船舶上的挑戰更大，危險更大。我認為在這方面中國船級社也需要介入研發，包括對電池安全規范的制定等，不同于汽車的特殊規范。因為船舶上的電池安全與汽車上的不一樣，它更接近于電池儲能電站的安全。

其次是安全的電子在線監控。與目前車上一樣的方面可以選擇合作，與車上不一樣的、船舶特有的方面需要進行單獨研究。還有火災，一般分為本真安全、主動安全和被動安全。主動安全就是監控，因為船舶是集中統一的調度和控制，可能比汽車更加方便。本質安全更多是提技術要求，對供應商提出特別的技術規范和要求，這是需要經過研究之后才提得出來。被動安全是消防等，一般指單體電池的熱勢控與熱試劑，電磁系統的熱蔓延與熱管理，以及后期出現事故之后的熱災害與熱防護三個方面，我覺得這個方面可以做很多工作。

特別需要指出的是，上面三個點需要連成一條線，相互之間不能是三個分離的點。

記者：您剛才提到，水運業要實現雙碳目標需要全行業的協作，那么您認為應如何推進全產業鏈的協同合作呢？

歐陽明高：政府機關是行政的把關者，而船級社相當于技術方面行業準入的把關者。目前行業的發展很多需要依靠技術的把關，能不能進、按照什么標準進都需要船級社給出標準與依據。所以，船級社是資源整合者、信息集成者，第三方的身份得天獨厚。

因此，我認為要推動全產業鏈的系統合作需要由中國船級社牽頭搭建平臺、整合資源，而且中國船級社最終將會把大家的智慧集中起來，制定形成行業規范。相關方都會很樂意參與進來。這是產業鏈上的任何一個競爭主體（例如船東、船廠）都無法做到的。當然，這也是中國船級社的職責與使命所在。

記者：您對中國船級社助力水運業實現雙碳目標還有哪些期望？

歐陽明高：中國船級社作為水上安全鏈上的重要一環，在引領行業發展、制定安全標準、提供高效服務等方面具有獨特和全面的優勢。

在新能源領域，中國有能力更要有雄心做到國際領先，我們要把這個目標立得高一點，來引領我國水運行業綠色跨越發展，為實現雙碳戰略目標作出更大的貢獻。中國船級社組織整合國內、國際，社內、社外的優勢力量，積極建設水上綠色技術實驗室，既是順應時代綠色發展大潮流的正確部署，也是實現高質量發展和國際一流目標的必由之路。我希望中國船級社牽頭成立的相關實驗室在相關各方的支持下，快速成長和壯大起來，早日成為水運綠色技術領域國內領先、國際一流的實驗室，引領和推動水運行業綠色低碳發展。