LNG發動機燃用 LNG 基本不存在 SOx、PM 排放，NOx 排放最多可降低 90%，LNG 運輸船還解決了貨艙蒸發 氣排放或再液化的難題。理論上，發

LNG

發動機燃用 LNG 基本不存在 SOx、PM 排放，NOx 排放最多可降低 90%，LNG 運輸船還解決了貨艙蒸發 氣排放或再液化的難題。理論上，發動機燃用 LNG 相比燃油可減少 20%~25%的碳足跡， 但由于燃燒效率、甲烷逃逸等原因，溫室氣體減排量通常低于 20%。化石基 LNG 只能作 為一種過渡燃料，生物質甲烷或電制甲烷均可作為替代。

化石基 LNG 與船用燃油在經濟性上具有競爭力，因此 LNG 作為船用燃料受到追捧， 但 LNG 前期投資成本較高，且會擠占一定船舶空間。生物甲烷或電制甲烷目前燃料成本分別為化石基 LNG 的 1.5~3 倍和 3~10 倍，且產量有限。

為便于儲運，天然氣通常在常壓、-163℃條件下液化為 LNG，此時 體積將變為氣態時的 1/600。公路、鐵路、水路和管道均可作為天然氣的運輸方式。全球投入運行的 LNG 加注終端已達 142 個，包括加注駁 船、加注罐車、加注儲罐、本地儲罐等。

LNG 發動機技術已比較成熟。火花塞點火的純 LNG 發動機、基于 Otto 循環的 LNG-燃油低壓雙燃料發動機及基于 Diesel 循環的 LNG-燃油高壓雙燃料發動機均已商用。

LNG 來源包括天然氣、生物質及綠氫和 CO2 的合成。2020 年全球 LNG 年產量 155 EJ ( 1 EJ=1018 J=23.88 Mtoe 百萬噸油當量 )，約 31 億 t，均為化石基，年消費量 73.5 EJ，其中運輸行業消費量為 5.2 EJ。2020 年海運行業 LNG 消費量在其整個能源消費中占比約 5%，到 2050 年這一比例有望達到 19%。

自 2003 年世界首艘 LNG 動力的平臺供應船 “Stril Pioner”交付運行，到 2022 年底，世界 LNG 動力船舶已達 355 艘，另有 515 艘 LNG 動力新造船訂單，LNG 是中短期主流的船用替代燃料選擇。考慮歐盟碳市場將在 2026 年起將甲烷納入管控范圍，這將會為 LNG 船東或運營商帶來一定履約成本。以一艘 2g CH4/kWh 甲烷泄漏率的集裝箱船為例，甲烷泄露產生的溫室氣體排放當量約為其 LNG 燃 燒產生二氧化碳排放的 15%。高甲烷泄漏率 液化天然氣動力船舶每噸液化天然氣運輸的額外碳配額成本約為 70 歐元。化石基 LPG 同樣作為一種過渡燃料，盡管前期投資成本相比 LNG 更低，但目前主要在部分 LPG 運輸船、乙烷運輸船上應用，應用場景有限，且缺乏四沖程發動機。

生物甲烷/生物天然氣/可再生天然氣由沼氣提純到 96%以上所得，可直接用于 LNG 動力船。沼氣是有機物在無氧（厭氧）的條件下，經微生物分解產生的可燃性混合氣體。沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷含量在 60%左右。 目前我國生物天然氣年產量僅約 1.8 億方，距離 2025 年的 100 億方目標差距較大，主要原因為成本居高不下。2015 年國家啟動實施農村沼氣轉型升級，2015-2017 年，中央財政共投資近 60 億元，重點支持建設日產沼氣 500 方及以上的大型沼氣項目 1423 處、日產生物天然氣 1 萬方以上的試點項目 64 處，預計年可新增沼氣生產能力 4.87 億方，但據人民日報 2020 年報道，64 個規模化試點項目中，連續穩定運營的只有 10 個左右。 2022 年 11 月國際海運集團擬每年向中國采購生物天然氣 4.35 億方，可簽十年協議。 中國產業發展促進會生物質能產業分會受一家國際海運集團委托，協助其在國內采購綠色船用燃料—液化生物天然氣。該航運企業擬開通中國到歐洲、北美等多條綠色航線。

甲醇

甲醇是一種關鍵基 礎化學品，主要用于生產甲醛、乙酸和塑料等其他化學品；同時也是一種用于車輛、船舶、 工業鍋爐的低閃點液體酒精燃料。甲醇的環保性能與 LNG 類似，能使 Sox、NOx、PM 的 排放分別減少 99%、60%及 95%，但減碳性能更強，可降低 CO2 排放 75%~90%。甲醇 生物可降解性好，對環境更友好，但由于其較強的揮發性和毒性，對人體存在危害風險， 且有爆炸風險。2019 年 9 月 IMO 確認甲醇為安全且合規的低閃點燃料。

化石甲醇與船用燃油具有可比的燃料成本，綠色甲醇的燃料成本卻高出 8~10 倍，但未來有望降至 2~3 倍，在獲取低價碳源方面存在挑戰。此外，甲醇燃料存在擠占船舶空間問題。儲運可借用現有體系，非常成熟。甲醇屬低閃點液體燃料，易于運輸、儲存和配送，對現有船用燃料儲運設施稍作改造即可建立完整供應鏈。目前全球范圍內可再生甲醇生產基礎設施建設項目超過 80 個，預計到 2027 年可實現 800 萬 t 的年產量。

甲醇適用于內燃機和燃料電池。當前，直接 甲醇燃料電池 ( DMFC ) 的效率還比較低，有待進一步研發和提升；而甲醇燃料內燃機技術相對成熟，在車輛、船舶上均有多年的應用經驗。

傳統甲醇的生產原料主要是天然氣和煤，其主要的生產路徑為 H2 和 CO 的合成。綠色甲醇的生產，基本為兩條技術路線。一是通過裂解或熱解方式，將秸稈等原材料的生物質轉化為一氧化碳和氫氣，再通過高溫熱解水制氫，合成甲醇。二是通過太陽能光伏獲得綠色電力，電解水制氫，并通過捕捉二氧化碳，合成甲醇。須注意的是，綠電制氫與二氧化碳合成甲醇這一技術路線，在二氧化碳捕捉方面的限制因素頗多。若選擇直接使用來源于化工廠或鋼鐵廠直接排放產生的二氧化碳，則會不符合歐盟的綠色標準 ISCC。

當前全球甲醇年產量約 1 億 t，幾乎全部來自天然氣、煤等化石燃料；可再生甲醇的年產量不到 20 萬 t，主要為生物甲醇。未來甲醇的應用主要還是基于生物質甲醇，尤其是利用風能、 太陽能、水能、核能等清潔能源和捕集 CO2 合成電制甲醇的發展，CO2來源和生產成本是甲醇動力航運發展的主要障礙。

截至 2022 年底，甲醇動力的現有船 24 艘，其中新造船 21 艘，均為 50000 載重噸級的化學品油輪，另有 3 艘改裝船分別為滾裝客船、拖輪和引航船，現階段均以化石甲醇作為燃料。2022 年甲醇動力新造船訂單增長迅猛，目前已達58 艘，其中Maersk 公司宣布訂造12 艘16000TEU(標箱)和6 艘17000TEU 甲醇燃料集裝箱船、CMACGM 公司宣布訂造 6 艘 15000TEU 甲醇燃料集裝箱船、中國遠洋海運集團宣布訂造 12 艘 24000TEU 甲醇雙燃料動力集裝箱船、招商輪船宣布訂造 2(實 船)+4 艘（選擇權船）9000TEU 甲醇雙燃料汽車滾裝運輸船。

2023 年 2 月，全球首個 10 萬噸級綠色低碳甲醇工廠在河南安陽投產，這是我國首套、全球規模最大的二氧化碳加氫制綠色低碳甲醇工廠，將進一步助力綠色甲醇的發展。吉利旗下醇氫科技在現場簽約 300 臺甲醇重卡訂單并現場交付首批 30 臺。未來，300 臺醇氫重卡全部投入使用，預計將減少柴油消耗 15000 噸/年，減少碳排放 45000 噸/年。同時甲醇的性價比高，相比柴油車每年可節省燃料費 3000 萬元左右。據悉，綠色低碳甲醇工廠由 河南省順成集團、吉利科技集團等共同出資建設，項目利用焦爐氣中的副產氫氣與從工業尾氣中捕集的二氧化碳合成綠色低碳甲醇，實現了二氧化碳資源化利用，助力實現碳中和目標。

生物柴油

生物柴油相比傳統柴油可減碳 50%，廢物基生物柴油可減碳 80%以上。與普通柴油相比，采用生物柴油的汽車尾氣中有毒有機物排放量僅為傳統柴油的 10%，顆粒物僅為 20%。棕櫚油基生物柴油的凈碳減排在 30%左右，豆油、葵油和菜籽油 在 50%~60%之間；廢物基生物柴油以先進生物原料、UCO 和動物脂肪等為原料，其生產的生物燃料可以實現 80%以上的凈碳減排。

目前生物柴油相比傳統柴油價格更高，歐盟生物柴油價格是傳統柴油價格的 1-2 倍。但生物柴油與傳統柴油理化性質一致，可直接摻混使用，老舊船舶及配套儲運設施無需額外投資改造即可使用。 儲運成熟。生物柴油理化性質與傳統柴油大體一致，無需另添設儲運設備。同時生物柴油的閃點較石化柴油高，更有利于安全儲運和使用。 生物柴油通用性好，無需改動柴油機，可直接摻混使用。

全球生物柴油產量約 4000 萬噸，短期難以滿足航運需求。一代生物柴油 （脂肪酸甲酯）主要采用大豆油、菜籽油、地溝油等與甲醇發生酯轉化而形成脂肪酸甲酯或乙酯，目前工藝成熟，二代烴基生物柴油主要工藝為加氫脫氧法，壁壘較高。目前全球年產 4000 萬噸生物柴油，以一代為主，但航運業年消耗約 1.78 億噸燃油，短期仍缺乏 足夠的原料。此外，生物柴油還面臨著道路交通和航空部門的競爭限制。

歐盟是目前世界最大的生物柴油消費市場，占全球約一半消費量，主要用于道路交通領域。在航運領域， 全球航運業龍頭馬士基宣布與荷蘭可持續發展聯盟（由荷蘭皇家菲仕蘭、喜力、飛利浦、 帝斯曼、殼牌和聯合利華等公司組成）啟動了全球最大海上生物燃料試點項目，該試點項目將在馬士基 Triple-E 集裝箱船上混合使用高達 20%的第二代生物燃料，在荷蘭鹿特丹到中國上海間往返航行 25000 海里，這是全球最大規模使用第二代生物燃料進行的航行試點， 將減少 150 萬千克的二氧化碳排放和 2 萬千克的硫排放。 與此同時，法國達飛輪船集團開始在新加坡進行生物燃料試點計劃，這項為期 6 個月 的計劃將涉及多達 32 艘集裝箱船，運行不同比例的生物燃料，以測量 CO2 和 NOx 排放 量，并進行趨勢分析。其中一些船只將在新加坡使用 B24 生物燃料加油，可將碳排放減少 21%。此外，擁有世界上最大液體化學品船隊的 Stolt Tankers 正在與 GoodFuels（全球生物燃料供應和開發龍頭）合作試用生物燃料。GoodFuels 還與 Stena Bulk 和 UECC 兩家航運公司合作，進行可持續海洋生物燃料試驗。

氨

通過清潔低碳氫合成的氨被認為是理想的清潔能源載體之一，燃燒產物僅為 N2 和 H2O。氨逐漸被全球視為從化肥到綠色能源的零碳能源載體。碳中和背景下，氨將用于海運和陸地電廠的零碳燃料，預計到 2050 年，全球氨需 求將達到 7 億 t，其中船用替代燃料需求將達到 2 億 t。但需注意氨的毒性和爆炸風險。

氨的生產成本在很大程度上取決于輸入能源的價格和燃料運輸的成本，可再生氨的成本主要取決于綠氫成本，占比在 90%以上。 氨燃料在船上的儲存和供應系統可借鑒已有的 LPG 系統技術，相對成熟。大規模的氨通常在常壓和-33℃條件下液化儲存，而少量的氨則采用與 LPG 類似的儲運方式—常溫加壓至 8 bar 存放于不銹鋼壓力容器中。液氨具有較高的爆炸風險和毒性，儲運安全考量尤其重要。

氨燃料發動機目前還在研發。Wartsila、MAN Energy Solutions、WinGD 等主要的船用發動機生產商均在積極推進氨燃料發動機的研發，主要挑戰包括較高的自燃溫度、較低的火焰傳播速度、較窄的可燃極限、較高的 NOx 排放。

氨的生產原料是 H2 和 N2，通常基于 Haber-Bosch 過程，在鐵基催化劑、300~500℃的高溫和 20~35 MPa 的高壓條件下反應而成；其他的氨合成工藝包括電化學過程和光催化過程。2022，全球氨的年產量達到 1.83 億 t，其中 85%用于氮肥生產。目前氨生產主要基于化石原料，其中 72%來自天然氣，22%來自煤，其余來自石腦油和重質燃料油。2021 年全球 可再生氨產量還不到 2 萬 t，2030 年有望達到 1500 萬噸。基于可再生氫和清潔能源進行綠氨生產，將是未來的努力方向。

氨燃料發動機目前還未商用，氨動力船舶目前還未見商用。在氨動力船舶的開發方面，目前多家船舶設計公司、造船廠、航運企業的氨動力或氨預留船舶設計已經 獲得船級社的原理性認可(Approval in Principle，AiP) 證書，也有多家船東公司宣布了開展氨動力船舶的開發，包括 VLCC、拖輪、駁船、平臺供應船等。

氫

綠氫最低碳環保。氫燃料電池在運營時硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等有害氣體的排放幾乎為零。

采用現有電力生產，制氫成本約為 30-40 元/ 公斤（電價不同影響較大）。如果再加上儲運成本和人工成本，氫氣的售價對于普通消費者來說將高不可攀。

儲運要求高，難度大。氫的運輸、儲存和配送顯著受到其體積能量密度的影響。 對于 20MPa、70MPa 的壓縮氫氣和常壓低溫(-253℃)下的液化氫而言，體積能量密度分別為柴油的 5.0%、12.3%和 23.2%。對于同樣的能量釋放，其體積需求分別是柴油的 20.1、 8.1 和 4.3 倍，船舶的有效載貨容積將在一定程度上被削減。

目前，全球各港口氫加注和接駁基礎設施基本處于空白狀態，且其建設難度和成本預期高于 LNG 基礎設施，因此其發展還有很長的一段路要走，預計氫的儲運主要以其衍生物氨的形式進行。

通過化石能源或者電解水的方式制氫，目前在核心技術如質子交換膜、 液化和高壓技術等方面中國與美日德仍存在較大差距。當前全球氫氣年產量約 7000 萬 t，但來源主要為天然氣、煤和石油。2030 年全球氫氣年產量有望達到 1 億 t，2050 年達到 3 億~4 億 t；且隨著全球清潔能源轉型，氫氣供應將以低碳藍氫和綠氫為主。只有當全球能源結構實現低碳轉型，可再生甲醇、氨等綠氫衍生物的可靠供應才能成為現實。

氫內燃機的功率容量、燃燒、運轉平順性方面在技術上仍然存在較大的挑戰，其大規模應用尚需時間，目前氫動力船舶極少。當前，氫動力船舶主要以氫燃料電池作為(混合) 動力系統的小型船舶或以氫燃料電池作為輔助發電裝置應用為主，全球范圍內的應用示范船舶有數十艘，而以氫內燃機作為動力的船舶目前僅見 2022 年10 月交付的比利時拖輪 Hydrotug 1， 配置的 2 臺 BeH2ydro 12DZD-DF 四沖程內燃機可燃用氫氣和柴油，總功率達 4000 kW。

參考資料： 同 航運減排 ~ P1：行業背景 - 知乎 (zhihu.com)