氫能助力船運業(yè)加速脫碳

專家指出，隨著燃料電池技術(shù)持續(xù)突破和相關(guān)配套設(shè)施不斷完善，氫能船舶或?qū)⑼苿哟\業(yè)加速脫碳。

近年來，隨著減排壓力增大，船運業(yè)開始對氫燃料寄予厚望。近日，世界首艘氫動力拖船在比利時投入運營，此前不久，國內(nèi)首艘內(nèi)河氫燃料電池動力船“三峽氫舟1號”也在湖北宜昌水域順利完成首航。值得關(guān)注的是，除了零碳環(huán)保，氫能作為船舶動力還具備續(xù)航里程長、動力穩(wěn)定可靠等多項優(yōu)勢。

在近日舉辦的2023世界氫能青年科學(xué)家論壇上，與會專家指出，隨著燃料電池技術(shù)持續(xù)突破和相關(guān)配套設(shè)施不斷完善，氫能船舶或?qū)⑼苿哟\業(yè)加速脫碳。

加速脫碳刻不容緩

據(jù)中國船舶第七一二研究所經(jīng)營計劃部部長曾輝介紹，2018年4月，國際海事組織通過全球首個航運業(yè)溫室氣體減排初步戰(zhàn)略，計劃到2030年碳排放強(qiáng)度降低40%，到2050年降低70%，碳排放總量降低50%，于本世紀(jì)內(nèi)盡快逐步停止海運溫室氣體排放。

“船運業(yè)碳排放量占全球人為活動排放總量的比重已逼近3%。國際海事組織預(yù)警稱，如果控制措施不及時落實，預(yù)計全球船舶碳排放量在2050年將飆升150%—250%，占比增至18%。”曾輝指出。

巴拉德動力系統(tǒng)公司應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)唐濤認(rèn)為，氫的高能量密度和長存儲能力，讓真正的零排放船舶動力成為可能。

與此同時，氫能船舶應(yīng)用也成為我國“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)的重要減碳應(yīng)用和發(fā)展方向。大連海事大學(xué)教授孫俊才指出，我國交通領(lǐng)域能源消耗占整個能源消耗的22%，航運業(yè)造成的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，國家近年出臺多項法律法規(guī)，對船舶排放提出更加嚴(yán)格的要求。如2018年實施的《船舶發(fā)動機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法（中國第一、二階段）》，提出大幅限制顆粒物、氮氧化物、二氧化硫污染排放；2019年實施的《關(guān)于印發(fā)船舶大氣污染物排放控制區(qū)實施方案的通知》，提出全面擴(kuò)大我國沿海和內(nèi)河水域船舶大氣污染物排放控制區(qū)范國。

2025年市場規(guī)模將達(dá)百億元

根據(jù)德國勞氏船級社的市場研究報告，全世界范圍內(nèi)，船舶用燃料電池的市場容量大約有160吉瓦。歐盟專家組認(rèn)為，到2025年，歐盟成員國中將有2%的船舶使用氫能產(chǎn)品。

在唐濤看來，燃料電池集合了內(nèi)燃機(jī)和電池的優(yōu)點，與純電動船舶相比，加氫時間比充電更短，加氫一次可以航行更長距離，因此在長距離航行領(lǐng)域，氫能船舶可以實現(xiàn)對部分純電動船舶的替代；燃料電池還能夠提供穩(wěn)定可靠的動力，適用于較大的船舶；同時，燃料電池具有可擴(kuò)展性和模塊化特性，可滿足船舶的電力需求，靈活的配置還可以適應(yīng)船舶空間的限制。

在燃料電池的維護(hù)與保養(yǎng)方面，氫能船舶同樣具備優(yōu)勢。唐濤指出，燃料電池船舶的保養(yǎng)比柴油機(jī)船更加簡單方便，主要分小保養(yǎng)和大保養(yǎng)，小保養(yǎng)在兩年之內(nèi)，成本不是很高，大保養(yǎng)的時間與燃料電池電堆壽命相關(guān)，通常在五年左右，燃料電池電堆成本正持續(xù)下降，這意味著五年之后更換燃料電池電堆的成本也將隨之下降。

同時，氫能船舶的減碳能力也不容小覷。以“三峽氫舟1號”為例，因其使用的氫氣主要來自三峽水力發(fā)電，屬于真正的綠電制氫，預(yù)計每年可替代燃油103.16噸，減少二氧化碳排放343.67噸。

氫能船舶的多重優(yōu)勢也大大提升了市場預(yù)期。目前，國內(nèi)各省市2025年氫能船舶規(guī)劃數(shù)量約200艘。根據(jù)交通運輸部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021年底，全國擁有水上運輸船舶12.59萬艘，以2025年改造1%、新建2%估算，預(yù)計2025年氫燃料電池系統(tǒng)船舶數(shù)量約500艘，全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌鲆?guī)模將達(dá)百億元。

需持續(xù)進(jìn)行技術(shù)突破

值得關(guān)注的是，與氫能車輛相比，氫能船舶面臨不同的運行環(huán)境，對燃料電池系統(tǒng)的要求更高，因此需要進(jìn)行持續(xù)的技術(shù)突破。

唐濤表示，氫能船舶是一個很大的集成，里面包括電堆系統(tǒng)、燃料電池模組、鋰電池等，同時需要能量管理系統(tǒng)把鋰電和氫燃料電池配合連接起來，還需要探索不同方式的儲氫。

孫俊才則指出，各類船舶對其動力系統(tǒng)和輔助電力系統(tǒng)要求不同，因而氫燃料電池的選擇與船舶類型和用途相關(guān)。在內(nèi)河船舶場景，氫燃料電池適用于有長續(xù)航需求的千噸及以下貨船與客船；在沿海船舶場景，氫燃料電池可利用海上風(fēng)電直接制氫，不僅可以解決海上風(fēng)電的消納問題，還可以解決氫能沿海船舶的氫源問題；在遠(yuǎn)洋船舶場景，氫燃料電池則可作為大型遠(yuǎn)洋船舶的輔助動力系統(tǒng)。

對應(yīng)不同應(yīng)用場景，氫能船舶加注氫燃料也有不同方式。曾輝表示，可行的氫燃料水上加注模式總體上可分為五類，包括岸站-船加注、氫氣長管拖車-船加、躉船-船加注、船-船加注、氫燃料罐整體更換等。

面對船舶高濕、高鹽度的應(yīng)用環(huán)境，氫的加注與儲存面臨挑戰(zhàn)。“燃料儲存以氣瓶為主，存在占體積大、重量大的問題；高壓氣瓶以及各種管道連接閥門等缺乏海洋環(huán)境下的技術(shù)研究和時間考驗。”孫俊才進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，對氫能船舶來說安全要時刻放在第一位。“船用氣瓶數(shù)量多，加氫儲氫問題以及對應(yīng)的安全問題不可忽視；海洋鹽霧，船舶的搖蕩等都是影響燃料電池船舶環(huán)境適用性的因素，對此，氫氣罐的放置位置、環(huán)境，加注方式和加注技術(shù)，出現(xiàn)危險情況的處置方式和規(guī)范等都需要進(jìn)一步完善。”