隨著脫碳成為航運業(yè)的重要議題，氫氣和燃料電池在推動航運業(yè)綠色轉型方面發(fā)揮著重要作用。受人尊敬的行業(yè)專家 Mikko Niini 向我們闡述了這個關鍵工業(yè)領域需要克服的挑戰(zhàn)，以及氫氣為行業(yè)發(fā)展帶來的潛力。

　　航運是可實現(xiàn)節(jié)能的運輸方式之一，在全球貿(mào)易中發(fā)揮著至關重要的作用，運輸著約 80% 的貨物（《2023 年海上運輸審查》，聯(lián)合國貿(mào)易和發(fā)展會議）。另一方面，它也是全球溫室氣體排放的主要產(chǎn)出者，占人類活動排放量的近 3%。

　　因此，航運業(yè)面臨著脫碳的壓力。國際海事組織 (IMO) 于 2023 年修訂了《溫室氣體戰(zhàn)略》，設定如下目標：到 2030 年溫室氣體排放量比 2008 年減少至少 20%，到 2040 年溫室氣體排放量比 2008 年減少至少 70%，到 2050 年實現(xiàn)國際航運業(yè)溫室氣體凈零排放。

　　歐盟正在大力推動航運業(yè)綠色轉型，例如從 2024 年開始將航運業(yè)納入歐盟排放交易體系。船舶所有者和運營商面臨著巨大的挑戰(zhàn)，他們需要決定采用哪些替代燃料和節(jié)能技術來實現(xiàn)自己的脫碳目標，同時遵守日益嚴格的國家和國際法規(guī)以及達成《巴黎協(xié)定》(COP21) 的目標。

　　航運中使用氫氣的挑戰(zhàn)

　　幾十年來，氫氣一直用于工業(yè)過程，包括石油精煉和冶金過程。它還用于生產(chǎn)氨和甲醇 — 這兩種燃料都是航運業(yè)中傳統(tǒng)化石燃料的現(xiàn)實替代品。當今氫氣面臨的一大挑戰(zhàn)是，大部分氫氣仍使用天然氣等化石燃料生產(chǎn)。此外，目前國際上仍未正式制定關于氫氣作為航運燃料的規(guī)則和條例，國際海事組織 (IMO) 在這一問題上的進展也很緩慢。

　　另一個挑戰(zhàn)是，與船用燃氣油相比，直接使用氫氣作為燃料需要船上更多的空間。它可以以液態(tài)形式儲存在 -253°C 以下，但這需要大量的能源和專門的儲存系統(tǒng)。由于氫氣極易爆炸，因此也帶來了一系列獨特的安全挑戰(zhàn)。

　　還有燃料基礎設施方面的問題。為了使氫氣在航運業(yè)綠色轉型中發(fā)揮作用，需要有基礎設施來支持氫氣作為燃料的配送、儲存和供應。目前，這種基礎設施還不存在。雖然紙面上的計劃很多，但在船級社、政府和供應商履行各自的職責之前，我們不能指望航運業(yè)取得重大發(fā)展。

　　挪威在海洋氫氣應用方面處于領先地位

　　盡管面臨這些挑戰(zhàn)，挪威等國家/地區(qū)仍在推動采用氫氣作為航運燃料，并實施了廣泛的技術開發(fā)和政府支持計劃。挪威之所以能夠走在前列，是因為挪威政府認為氫氣（尤其是綠色氫氣）對于到 2050 年實現(xiàn)凈零排放至關重要。總體而言，挪威在航運方面也處于世界領先地位。

　　MF Hydra 渡輪是世界上第一艘以液氫為動力的渡輪，是多家公司合作的成果。該船使用聚合物電解質膜 (PEM) 燃料電池。2024 年，一家挪威船廠獲得訂單，為航程三個半小時的博德 - 羅弗敦航線建造兩艘氫動力渡輪，而 Torghatten Nord 于 2022 年贏得了該航線運營合同。

　　除挪威外，日本也是氫氣用于海洋應用的先行者。如果其他國家/地區(qū)要效仿，則必須加快制定有關航運中使用氫氣的監(jiān)管規(guī)定。2017 年通過的《使用氣體或其他低閃點燃料的船舶國際安全規(guī)則》（IGF 規(guī)則）是重要的一步，因為它實現(xiàn)了一種明確定義的“替代設計方法”，可用于批準氫氣燃料儲存和燃料供應系統(tǒng)。

　　海洋環(huán)境中的燃料電池系統(tǒng)

　　燃料電池比內(nèi)燃機和燃氣輪機更高效，而且由于結構簡單、運動部件少，因此也更安靜可靠。它們在使氫氣作為電力推進船舶的燃料成為可能方面展現(xiàn)出巨大的前景。目前已有多個海洋項目采用 PEM 燃料電池，ABB 是該領域的領導者之一，其模塊化燃料電池解決方案可與船上的電池或發(fā)動機結合使用。

　　燃料電池在海事應用中的使用仍處于起步階段，但與其他技術一樣，隨著公司和研究機構匯集知識和資源，我們將看到快速的發(fā)展和規(guī)模上的擴大。風力發(fā)電行業(yè)就是一個很好的例子，表明了變化的速度能有多快。第一批海上風電場采用的渦輪機容量約為 2-3 兆瓦，而最新項目中的渦輪機容量約為其六倍，為 15-20 兆瓦。

　　燃料電池將成為航運業(yè)綠色轉型的一個重要組成部分，尤其是對于越來越受歡迎的電動船舶和混合動力船舶而言。全電動船舶已經(jīng)出現(xiàn)在較短的常規(guī)渡輪航線上，而混合動力船舶正在迅速成為客滾渡輪領域的常態(tài)。

　　快速制定法規(guī)和開發(fā)基礎設施至關重要

　　航運業(yè)已堅定地走在脫碳和采用氫氣等替代燃料的路上。與監(jiān)管機構和政府合作，下一個關鍵步驟是加快制定法規(guī)和安全規(guī)范，同時加快開發(fā)基礎設施，以使氫氣能夠作為能源得到更廣泛和更快速的應用。