0前言

  目前，每年通过远洋船舶运输的货物占据全球贸易货物运输总量的90%以上，随着石油LNG等化石燃料的日益短缺，价格不断上涨，而且其燃烧后产生的废气，颗粒物等对环境的污染日益严重。世界各国对环境保护的日益关切，节能减排已成为全球关注的热点话题，船舶航运业带来的环境污染问题同样受到国际社会的普遍关注。IMO国际海事组织也不断制定和出台各项防止船舶污染环境的强制性规定，而且标准和规范日益严苛。目前全球IMO登记的9万多艘船舶，新能源船舶的数量不到2%，航运业向替代燃料转型已成必然。近几年船舶替代燃料研究热点主要涉及LNG、甲醇燃料、氨燃料、氢燃料等。其中甲醇作为可再生清洁替代燃料，能够有效降低船舶动力装置的颗粒物，硫化物、氮氧化物、温室气体排放，满足节能减排的需求，甲醇燃料必将成为航运业新一代清洁燃料的优选。本文重点对甲醇燃料在船舶应用的发展和前景优势进行分析。

1 甲醇燃料船舶的发展

在国外，欧盟早在2006年就开始了对甲醇燃料在船舶应用的可行性展开研究，如表1所示。由欧盟委员会资助的“基于可再生甲醇的商船辅助电力系统可行性研究”项目（METHAPU），通过陆续开展的一系列研究或试点项目评估了利用甲醇燃料电池向船舶重要设备供电的相关技术及可行性，由瑞典船厂改装的甲醇燃料客滚渡船项目，更是实现了甲醇作为船用燃料从科研项目走向实船应用的突破。

  表1 欧洲甲醇燃料船舶研究项目概

  表2 目前全球商业化运营中甲醇动力船

在国内，甲醇燃料技术的船舶应用研究起步较晚，2019年10月江龙船艇公司自主研发以甲醇燃料为动力的旅游休闲船艇“江龙号”下水，该船艇长仅约40米，该项目虽然对甲醇作为船舶燃料在中国的推广和商业化应用具有积极的示范作用，但对于大型远洋船舶的应用并无太多借鉴意义。

2 甲醇燃料船舶市场现状

在甲醇燃料船舶设计建造技术上，欧洲、日韩等纷纷制定国家级绿色船舶发展规划和措施，以期支持本国造船和航运业尽快满足国际环保公约规定，赢得新一轮船舶及航运市场中的竞争优势。自2015年瑞典船东Stena Line旗下“Stena Germanica”号渡船通过改装使用甲醇燃料运营以来。目前，全球正在运营的甲醇燃料船舶共计15艘如表2所示，全球首批采用甲醇双燃料的远洋船舶是由韩国现代尾浦造船和南日本造船（Minaminippon）公司为加拿大Waterfront航运公司建造的50000t系列甲醇运输船，其中7艘于2016年交付使用。另有4艘甲醇燃料新船于2019年加入Waterfront船队。现有运营中的甲醇燃料船舶绿色、安全、高效的运营起到了极好示范作用。甲醇作为船舶燃料也逐渐得到各大船东公司的青睐。近两年选择甲醇作为替代燃料的船舶订单明显增多如表3所示。2019年12月，广船国际陆续承接Proman Stena船东公司6艘甲醇燃料动力甲醇运输船舶，第一艘船将于2022年3月份交付使用；2021年8月24日，现代重工集团与马士基集团携手签订了8+4艘16000TEU级甲醇双燃料动力超大型集装箱船的建造合同，合同总金额为约合14.1亿美元，第一艘将于2024年第一季度投入远洋航线运营；2021年11月新加坡X-Press Feeders公司与中国新大洋造船和宁波新乐造船公司签订16艘甲醇燃料的1170TEU支线集装箱船；2021年3月，新加坡船东EPS与曼恩发动机公司签署了一项谅解备忘录，将其船舶改装为甲醇双燃料发动机。

3 甲醇燃料的优势

3.1 甲醇燃料技术成熟

甲醇已经在远洋船舶上安全地装载和运输了将近60年，WaterfrontShipping船队的甲醇运输船使用甲醇燃料的航行时间已累计超过12万小时，并且在船舶营运过程中没有因为甲醇设备出现过安全或机械故障导致船舶停工或闲置的情况。使用甲醇作为船舶新一代替代燃料，获得海事组织和各船级社的认可。并且在此期间，针对甲醇作为船用燃料的可行性和适用性，各大船级社的指导文件均已发布，船舶行业采用甲醇燃料并无技术障碍。

3.2 甲醇燃料环保性

甲醇燃料不含硫，颗粒物极少，使用甲醇（CH3OH）作为远洋船舶推进的主燃料，甲醇与常规燃油相比，减排效果可达到：碳氧化物排放减少20%，硫氧化物排放减少99%，氮氧化物排放减少60%，颗粒物排放减少95%。甲醇燃料可降解，相比燃油，甲醇对土壤环境更为友好，即便泄漏也能够实现生物降解。由于甲醇可与水互溶，泄漏在水中也可以迅速被稀释至“无毒级别”，在短时间内降解，对海洋环境和生物的影响较小。

  表3 目前全球在建甲醇燃料船舶及新增订

  表4 MR船舶燃料耗量及成本对

绿色甲醇可以实现船舶燃料全生命周期零碳排放，满足碳中和的要求。绿色甲醇来源广泛，可利用农林植物生物质资源如薪柴和木材废料、农作物秸秆等制作甲醇，也可以利用水、光、风等产生的绿电制作甲醇。

3.3 甲醇燃料船舶的经济性分析

相比LNG燃料技术，甲醇燃料通过较小的改动即可应用于传统的二冲程低速内燃机，只需要在原主机缸头部分加装喷油器和燃料共轨系统即可，极大的降低了发动机的改装成本；甲醇在常温常压下为液体燃料，不需要低温存储和绝热处理，甲醇舱按常规油舱的设计即可，降低了甲醇燃料储舱的建造成本；甲醇燃料基本无蒸发气（BOG）产生，无BOG管理难题，对船员的技术水平和操作能力要求较低，降低船舶管理的人力成本；甲醇单位能量的价格要远低于低硫燃油，降低了船舶运营的油料成本。对船东而言，燃料经济性的直接体现就是投资回收期，它取决于选择的替代燃料所产生的附加初始投资和潜在的营运燃料成本节省。基于广船国际MR 5万吨级的成品油及化学品船经典船型，分别采用MGO、甲醇、LNG等燃料进行了经济性比较，如表4所示。甲醇燃料船舶初始投资低，燃料价格稳定，甲醇燃料价格基本维持在低硫MGO价格的40%以下，甲醇燃料船舶可以营运期间3～6年内回收成本。如表5所示。LNG燃料船舶初始投资高，LNG燃料价格波动大，近一年时间价格从458美元/吨上涨至3300美元/吨，即使LNG价格在最低位时也仅仅与MGO价格持平，价格上并无优势。所以LNG燃料虽然满足了ECA区S0X排放要求，但是LNG船舶在营运期间是很难收回LNG系统的初始投资如表6所示。

  表5 新造MR甲醇燃料船舶投资回报年限

  表6 新造MR LNG燃料船舶投资回报年限

通过以上对比分析表明，对于长期在排放控制区(ECA)内航行的船舶，甲醇燃料的经济性优势高于MGO和LNG。使用甲醇燃料仅在SOX排放控制区(要求使用低硫油)内才可能产生燃料成本的节省，并且在排放控制区内的航行时间越长，节约燃料成本的优势就越突出。

3.4 甲醇燃料可持续性分析

氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，通过可再生电能电解海水制氢，但氢燃料能量密度低，运输、储存技术难度大，成本高。而甲醇是理想的化学储氢载体，甲醇储氢质量能量密度仅次于汽油，1吨甲醇可以放出187公斤氢气，并且通过氢和CO2反应制造绿色甲醇，可有效降低温室效应，如图1所示。在未来氢燃料发动机或者氢燃料电池投入市场后，甲醇燃料船舶利用船上甲醇储存舱及甲醇供给设备可以快速改装为氢燃料船舶。

4 甲醇燃料船舶发展的瓶颈

4.1 核心设备本土化配套不足

我国船用甲醇燃料相关设备系统的研发设计工作还处于起步阶段，本土化配套能力严重不足，核心装备和系统更是主要依赖进口，与德日韩发达国家还存在较大差距。船用大型低速二冲程甲醇燃料发动机技术主要由德国MAN公司提供，MAN公司设计的ME-LGIM主机是全球唯一一款两冲程的甲醇燃料机型。日本三井造船的玉野发动机工厂、韩国现代重工的发动机部门都成功生产过该型机，为甲醇运输船提供动力。而国内尚无发动机厂可以生产制造该机型。国内仅中船动力和711所在做四冲程甲醇燃料中速机的研制，尚无成熟产品推出市场。近年，随着甲醇燃料船舶订单的增多，已经出现甲醇燃料发动机供不应求的局面，极大阻碍了甲醇燃料船舶的发展。船用甲醇燃料供给单元，作为甲醇供给系统中最关键的设备，目前在全球范围内仅仅瑞典阿法拉伐可以供应，处于垄断地位。国内711已研制出适配四冲程中速机的甲醇供给单元，正在取证阶段。青岛双瑞和海德威已取得船级社AIP认可，产品尚正在研发阶段。

图1 绿色甲醇燃料生产流程 
本土化配套能力严重不足，核心装备和系统主要依赖进口，价格昂贵，设备纳期长，导致我国甲醇燃料船舶与日韩欧美相比竞争力不足，制约了我国甲醇燃料船舶的发展。

4.2 甲醇加注网点布局不足

全球范围内有120多个港口具备装卸载甲醇货物的能力，但甲醇燃料加注码头的建设还处在起步阶段。甲醇燃料加注码头和加注船可以在原燃油加注设施的基础上稍加改建即可实现甲醇加注功能，其技术门槛要求低，初始投资较小。但因为目前运营的甲醇燃料船舶数量少，加注需求小，众多港口当局对甲醇加注设施的建造还处在观望状态，这也在一定程度上影响了船东订购甲醇燃料船舶的信心，所以甲醇燃料船舶的发展状态必须解决先有鸡还是先有蛋的问题。

4.3 甲醇燃料船舶规范亟待完善

国际海事组织(IMO)于2017年生效的《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》(IGF Code)中主要是针对LNG燃料的船舶应用，大部分规则并不适用于甲醇燃料，如何正确理解和应用IGF Code指导甲醇燃料船舶的设计和建造需要船舶制造厂和船级社多层次的沟通。近年来，各船级社相继出台的甲醇/乙醇等替代燃料指导文件，也是以IGF Code为基础的。指导文件的相关规定的正确性和合理性，还待船舶设计、建造、营运过程中的验证。在确保甲醇燃料在船舶安全应用的同时，避免设计的过度冗余，也需要不断的和船级社探讨。

5 结束语

基于甲醇燃料绿色环保，经济效益好，技术易于应用、安全性能好、具有可持续发展潜能等优势，可以预见未来甲醇燃料将越来越受到航运业的关注。尤其是广船国际制造的首艘甲醇燃料MR船舶的顺利交付，必将提振国内外船东对甲醇燃料船舶的极大信心，甲醇燃料船舶有可能迎来较大市场空间。甲醇燃料作为最具前景的可再生新能源，除应用于甲醇运输船外，还有可能成为航运的燃料大规模应用于其他船型。我们必须加大甲醇燃料动力船舶的研发力度，瞄准国际绿色船舶替代燃料发展趋势，积极开展甲醇燃料的各类船舶应用研究，以适应未来市场，满足船东的需求，进一步拓展我国造船企业市场份额，保持企业持续稳定的发展。

参考文献：
[1]李腾飞,葛秀江,薛琪.甲醇燃料船舶发展及前景分析[J].广船科技,2023,43(03):92-96.作者简介：

李腾飞 ，高级工程师，广船国际海洋科技研究院