日本如何搶占新能源船舶研發(fā)先機？

呂龍德

他山之石可攻玉。隨著全球環(huán)保政策收緊，特別是國際海事組織推出強制性減排措施，航運脫碳已成為了行業(yè)的關(guān)注焦點，而推廣應用新能源船舶無疑是降低航運碳排放的最有效手段。為了達到溫室氣體凈零排放目標，許多國家對此進行研究和布局，以期在未來贏得先機和主動。在這方面，日本顯然用了心思，做了大量工作，并收到了一定成效，不管是技術(shù)攻關(guān)，還是全產(chǎn)業(yè)鏈打造都走在了世界前列。透過日本做法，我國航運及造船業(yè)或許會從中獲得有益的借鑒和啟迪。

啟動零排放船舶替換計劃

日前，日本航運業(yè)宣布一個領(lǐng)先lMO的脫碳計劃，即計劃投資最多30萬億日元，分階段將其商船船隊目前運營的全部2240艘船替換為使用新燃料和其它技術(shù)的零排放船舶，其中2025年開始每年更換約100艘船。此舉不僅僅是為了實現(xiàn)2030年前減排90%以上溫室氣體量和2050年溫室氣體凈零排放的目標，更是要成為全球航運業(yè)脫碳“領(lǐng)頭羊”。顯然，這是一個投資龐大的計劃，僅憑航運及造船業(yè)是難以支撐和實現(xiàn)的，因此，日本政府引導相關(guān)行業(yè)共同推動新能源船舶發(fā)動機研發(fā)和燃料供應系統(tǒng)建立?；谌蚍秶鷥?nèi)尚未確立明確的新零碳燃料的相關(guān)技術(shù)，日本還打算通過活用基金支援國內(nèi)企業(yè)研發(fā)，促成率先投入應用。

為了落實這一計劃，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（ NEDO）啟動了“新一代船舶”開發(fā)項目，斥巨資重點支持氨燃料、氫燃料船等新能源船型的技術(shù)研發(fā)。此外，其國土交通省與海運業(yè)界制定了面向溫室氣體零排放船舶實用化進度表，涉及內(nèi)容包括新一代燃料船舶開發(fā)、二氧化碳回收裝置和LNG動力船減排技術(shù)等。

日本這樣做，自然有其底氣和實力，因為其研發(fā)取得的持續(xù)進展有目共睹。去年，商船三井、三菱商事等企業(yè)聯(lián)合成立了新公司e5 Lab Inc，旨在共同開發(fā)和推廣零排放純電動船。最近，日本多家公司又組建了e5聯(lián)盟，攜手推動純電動船商業(yè)化和海運基礎(chǔ)設(shè)施新服務。今年以來，日本船企主要從氫能、氨能和海上風電三個新能源產(chǎn)業(yè)方向?qū)嵤┎季?。其中，川崎重工推出了全球首艘液化氫運輸船和大型液化氫船貨物圍護系統(tǒng);三菱重工投資綠氨制造技術(shù)公司，進軍氫能產(chǎn)業(yè);今治造船除了計劃建造氨燃料船，還與歐美海事機構(gòu)合作制定安全使用氨氣的標準規(guī)范。另外，日本船級社發(fā)布了有關(guān)替代燃料使用的指南。

確立氨氫燃料重點項目

日本確立了近年重點試點項目和攻關(guān)技術(shù)，并把氨氫燃料重點項目作為新能源船舶的布局重心，力爭實現(xiàn)在沿海小型船舶直至大型遠洋船舶的應用。NEDO非?？春靡詺錃?、氨氣作為燃料的新一代船舶，認為這是助力航運業(yè)脫碳的重要保證。其氨氫燃料重點項目主要包括三方面：

首先，氫燃料發(fā)動機和船用氫燃料儲罐和燃料供給系統(tǒng)開發(fā)項目。此項工作的時限為10年，總投資219億日元，由川崎重工負責開發(fā)中速四沖程發(fā)動機和船用氫燃料儲罐及燃料供給系統(tǒng)，洋馬動力負責開發(fā)中速和高速四沖程發(fā)動機，日本發(fā)動機負責開發(fā)低速二沖程發(fā)動機，并共同推動氫氣發(fā)動機的實船示范測試。日本還推出了四款達成中長期脫碳目標的概念船舶設(shè)計，其中就有氫動力21000TEU集裝箱船概念。

其次，氨燃料發(fā)動機搭載船舶開發(fā)項目。日本郵船、日本造船、日本發(fā)動機及IHI原動機負責開發(fā)此項目，日本船級社協(xié)助，期限為7年，總投資123億日元。按計劃，日本將在2024年開發(fā)和運營一艘氨燃料拖船，在2026年開發(fā)運營一艘氨燃料氨氣運輸船。對于氨燃料拖船，日本郵船負責船舶設(shè)計、設(shè)備布局和安裝及監(jiān)管合規(guī)性工作，IHI原動機負責開發(fā)氨燃料四沖程發(fā)動機，而日本船級社負責船舶安全性評估。對于氨燃料氨氣運輸船，日本郵船負責船舶設(shè)計和監(jiān)管合規(guī)性工作，日本發(fā)動機負責開發(fā)氨燃料二沖程發(fā)動機，IHI原動機負責開發(fā)氨燃料四沖程發(fā)動機，日本造船負責船體開發(fā)，日本船級社負責船舶的安全性評估。

最后，氨燃料船開發(fā)和社會應用綜合項目。這一項目由伊藤忠商事、川崎汽船、日本造船等5家船企負責，時限也是7年，總投資30億日元。其中，三井E&S機械開發(fā)氨燃料儲罐和燃料供應系統(tǒng)、氨燃料主發(fā)動機關(guān)聯(lián)技術(shù)，研究氨燃料船的安全特性和氨燃料船的實證運營;日本造船開發(fā)搭載氨燃料儲罐的船舶、船上氨燃料處理系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，并檢驗實船示范運行的研究開發(fā)內(nèi)容;川崎汽船、伊藤忠商事和NS United海運則負責氨燃料船的實船示范運行。

加快LNG動力船甲烷滑脫降低技術(shù)研發(fā)

LNG動力船是一種低碳新能源船，也是被認為實現(xiàn)“雙碳”目標過渡期的最佳船型，但使用LNG燃料的發(fā)動機可能會出現(xiàn)甲烷滑移問題，而甲烷則是一種非常嚴重的溫室氣體，所以降低甲烷滑脫是發(fā)動機設(shè)計的一個緊迫問題。正是基于此，日本把降低LNG動力船甲烷滑脫技術(shù)研發(fā)項目作為推動新能源船舶發(fā)展的重要內(nèi)容。

這項研發(fā)由日立造船、洋馬動力和商船三井共同執(zhí)行，計劃投資11億日元，通過甲烷氧化催化劑和發(fā)動機改進相結(jié)合方法，利用6年時間實現(xiàn)LNG動力船甲烷滑脫降低70%以上。未來，新開發(fā)的系統(tǒng)將安裝在名村造船建造的一艘大型LNG動力煤炭運輸船上進行實船測試。日本還提出了超高效LNG動力船概念設(shè)計，通過利用LNG和節(jié)能技術(shù)的協(xié)同作用來實現(xiàn)削減86%二氧化碳排放。據(jù)悉，這種LNG動力船將進行船型改良、減速設(shè)計、混合動力、對轉(zhuǎn)螺旋槳及節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新。

此外，加強鋰電池、氫燃料電池動力船舶和船載碳捕集技術(shù)研發(fā)，也納入了日本航運業(yè)的脫碳路徑范圍。前者主要是通過提高電池能量密度和電池推進系統(tǒng)效率等方式來滿足大型遠洋船舶長時間續(xù)航的需求，后者主要是開發(fā)二氧化碳捕集船和船用碳捕集裝置。值得強調(diào)的是，今年10月，川崎汽船聯(lián)手日本船級社及三菱重工成功完成了世界上首個船用二氧化碳捕集裝置實證測試，為全球捕獲二氧化碳排放及船上零排放設(shè)施設(shè)計提供了經(jīng)驗。

莫道君行早，更有早行人。日本首提零排放船舶替換計劃，大力推進新能源船研發(fā)，既為自己邁向航運“雙碳”目標爭得了先行優(yōu)勢，又為國際社會樹起了榜樣。面對滾滾而來的環(huán)保大潮，未來必將有越來越多國家緊隨日本步伐，以破釜沉舟的氣魄踏上航運脫碳之路！