近年来，甲醇作为一种可持续的海洋燃料备受关注。它的液态形式、可从可再生资源中灵活生产以及减少温室气体排放的潜力使其成为船舶动力中化石燃料的有力替代品。

甲醇双燃料 24,000 标准箱集装箱船

本文将探讨甲醇的可行性、优势、挑战及其与全球海运业务的融合。

甲醇燃料

甲醇，也称为甲基醇，是一种清洁燃料，源自天然气、生物质甚至捕获的二氧化碳。与传统化石燃料相比，甲醇的高辛烷值使其对船用发动机效率更高，减少了硫氧化物 ( SOx ) 和颗粒物及烟尘的排放。

属性
技术规格/细节

沸点：沸点为 64.7 摄氏度，在室温下呈液体，不需要像 LPG、LNG、氢气等那样压缩和低温储存。

密度： 20°C 时密度约为 0.79 g/cm³。因此，甲醇比水轻。
溶解性：甲醇易混溶，这意味着一旦发生泄漏，甲醇将很容易溶解在海水中。

闪点：它的闪点较低，为 11 摄氏度，因此是一种高度易燃的燃料，需要更高程度的安全性进行储存和处理。

能量密度：甲醇 (CH3OH) ，其能量密度 (5.5 kWh/kg) 低于重质燃料油 (HFO) (12.6 kWh/kg)。这意味着我们需要燃烧比重质燃料油多两倍的甲醇才能达到相同的能量输出。在考虑改用甲醇时，仍需评估每种船舶类型对储罐容量的影响。

能源/性能效率：虽然能量密度较低，但甲醇可实现近乎完全燃烧，与重质燃油相比，可提高发动机效率。这可以部分抵消能量密度的差异，并且可能需要更频繁地加油，具体取决于航程长度。

排放概况

甲醇的碳足迹取决于原料和生产途径，同时考虑到供应链直接造成的所有排放以及供应链中使用的能源和材料。

甲醇的温室气体强度取决于多种因素，例如：

• 原料（天然气/生物质/煤/捕获的二氧化碳等）

• 生产过程

• 碳捕获与利用

• 生命周期评估（提取、生产、运输、储存和燃烧）。
  根据现有的生命周期分析，甲醇通常比 HFO 表现出更好的整体环境性能。甲醇的低碳含量、更好的燃烧效率和可再生原料的潜力使其温室气体强度低于 HFO。

类型

根据生产方法分类，最常用的两种类型是：

• 电子甲醇：电子甲醇使用可再生电力生产，是一种碳中性替代品，对于满足严格的环保法规至关重要。它通过电解水合成，产生氢气，然后与二氧化碳结合形成甲醇。如果使用可再生能源，则可实现零净碳排放。

• 生物甲醇：生物甲醇由农业残余物、林业废弃物或专用能源作物等生物质原料制成，可减少生命周期温室气体排放并促进可持续发展。它可以通过气化和随后的合成工艺生产，确保是一种可再生且环保的燃料选择。

燃料和发动机转换的技术准备

所有主要发动机制造商（包括 MAN ES、Wartsila 和 WinGD）都设计了能够使用甲醇作为燃料的 2 冲程和 4 冲程发动机。所有发动机均为双燃料发动机，能够使用船用柴油、船用燃气油或燃油作为燃料。这些发动机在使用甲醇燃料时还需要柴油或燃油引燃喷射。

MAN ES 计算表明，引燃燃料将占燃料混合物的 1% 到 3% 之间，具体取决于发动机负荷以及采用端口燃料喷射 (PFI) 技术优化的甲醇柴油份额。

 燃油喷射和混合

甲醇与空气一起喷入燃烧室。喷入的甲醇量通常占燃料总输入量的很大一部分，通常约为能量含量的 60-80%，具体取决于发动机设计和运行参数。

压缩和点火

发动机压缩空气-甲醇混合物。点火可以通过多种方式发生：

• 火花点火：类似于汽油发动机，由火花塞点燃混合物。

• 压燃：利用高压缩温度点燃混合物，无需火花塞，类似于柴油发动机。

 性能和效率

甲醇的辛烷值较高（通常约为 110-130），与柴油相比，其燃烧效率更高。这可以减少排放，燃烧更清洁，有助于降低温室气体排放。

 灵活性和适应性

双燃料系统允许船舶根据可用性、成本和环境法规在甲醇和其他燃料之间切换。这种灵活性对于遵守排放控制区 (ECA) 和实现运营效率至关重要。

中远海运、马士基航运、达飞轮船等公司的集装箱船业务因做出了转向甲醇燃料的战略决策，而以双燃料甲醇发动机而闻名。

MAN ES 目前在 20 艘运营船舶上安装了 MAN B&W ME-LGIM 发动机，其中包括几艘可以使用货物作为燃料的甲醇运输船，并且拥有大量新船订单。WinGD 宣布了其首批二冲程甲醇双燃料订单之一，其中包括 4 艘集装箱船上的 90 缸径发动机。

与此同时，瓦锡兰现在拥有经过改进的四冲程 32 缸设计，采用 HiMSEN 甲醇 H32DF-LM。

操作注意事项

储存和处理

由于其腐蚀性强，必须存放在专门的燃油罐中。常见的储罐包括：

• 整体式燃料箱：整体式燃料箱与通常用于船用燃气油的油箱相同；但是，甲醇燃料箱应被隔离舱包围，其空隙空间必须充满惰性气体以防止火灾。水线以下不需要隔离舱，因为它对水生生物无毒且可生物降解。

• 独立油箱：独立油箱是自支撑的，不构成船舶结构的一部分，对船体强度来说并非必不可少。独立油箱可以放置在甲板上方或甲板下方。当放置在甲板下方时，放置油箱的空间称为燃油舱空间。

• 便携式燃料箱：便携式燃料箱就像一个独立燃料箱，不同之处在于它可以轻松地与船舶系统连接和断开，并且可以轻松地在船上安装和从船上拆除。

安全

甲醇燃烧时会产生透明的蓝色火焰，无烟，在日光下难以看见。必须将其存放在远离火源的地方，包括热源、火花、火焰和热表面。

如果吸入、摄入或通过皮肤吸收，会对健康造成危害，因此必须在储存、处理和加油操作期间使用个人防护设备 (PPE) 并严格遵守安全规程。船上必须配备适当的通风系统和消防设备。

加油基础设施

为支持甲醇的采用，出现了多种燃料加注基础设施解决方案。以下是一些主要类型：

• 岸基加油： 1 .  甲醇码头：甲醇散装储存并装船的专用码头。这些码头可以配备专门的设施，用于甲醇的安全处理、储存和转运。

                      2 .  管道和装卸臂：使用管道和装卸臂将甲醇从储罐转运到船上的基础设施，类似于传统的燃料码头。

• 卡车到船加注：甲醇可以通过卡车从生产设施或码头运输到港口，然后使用软管和泵直接转入船舶。这种方法灵活，可以为没有专用甲醇码头的港口提供服务。

• 船对船加油：配备甲醇储罐的船舶可以使用软管和泵将甲醇直接输送到海上或港口的其他船舶。这种方法通常用于在不同大小的船舶之间或在没有专用加油设施的情况下转移燃料。

• 驳船至船舶加注：装载甲醇的驳船可停靠在船舶旁边，并使用软管和泵输送甲醇。这种方法适用于直接岸上设施有限的港口或船舶无法靠近海岸操纵的港口。

• 混合解决方案：一些港口可能会采用结合岸基、卡车到船、船到船或驳船到船加油方法的混合解决方案，以根据当地基础设施和运营需求优化灵活性和效率。

每种加油方法都有其优点和注意事项，包括安全协议、基础设施投资、法规遵从性和运营效率。

可用性和成本

亚太地区是最大的甲醇生产国，其中中国、印度和印度尼西亚位居前列。美国也是一个重要的生产国。德国和荷兰在欧洲拥有最大的生产能力，而在中东，伊朗、沙特阿拉伯和阿曼是主要生产国。

电子甲醇的成本在很大程度上取决于氢气和二氧化碳的成本。二氧化碳的成本取决于捕获二氧化碳的来源，例如从生物质、工业过程或 DAC 捕获二氧化碳。目前，甲醇作为船用燃料的价格约为 350 美元/吨。

由于运输成本、当地法规和基础设施可用性，不同地区的价格可能存在差异。对于船舶推进器，它不需要是最纯净的形式，可以与 25% 的水注入混合，使其更便宜。

加速脱碳的一种方法是实施“绿色走廊”，即支持零排放解决方案的主要港口枢纽之间的特定贸易路线。这些走廊最好足够大，以涵盖所有相关的价值链参与者，例如燃料生产商、货主和监管机构。

它们将为燃料生产商提供采购确定性，并向船舶运营商、造船厂和发动机制造商发出强烈信号，要求其加大对零排放航运的投资，使所有相关方都更容易接受风险。

截至 2019 年的数据，澳大利亚-日本铁矿石航线共有 111 艘散货船，燃烧超过 50 万公吨燃油，相当于 170 万吨二氧化碳排放量！大约需要 40 艘零排放船才能使澳大利亚和日本之间的所有铁矿石贸易脱碳。

亚欧集装箱航线交易量达 2400 万标准箱，消耗燃料 1100 万吨！已宣布的绿色燃料项目足以供应 50 艘零排放新建船舶，这些船舶将取代该航线上的老旧船舶。

预计到 2030 年，新加坡-美西绿色走廊每年将产生 850,000 公吨的甲醇需求。合作伙伴关系对于整个价值链都至关重要——包括货主、燃料生产商和船舶运营商。他们需要团结起来，共同致力于实现零排放航运。

结论

随着欧盟制定更严格的法规和机制以建立可再生燃料结构，使用目前最容易获得的低碳燃料甲醇将加速我们的脱碳努力。采用甲醇作为船用燃料符合 Azolla 对可持续未来的承诺。通过采用这些创新燃料，确保遵守法规并为子孙后代保护海洋生态系统做出贡献。

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