甲醇船舶的發(fā)展與挑戰(zhàn)

張艷

摘 要：柴油和各種石化產(chǎn)品的持續(xù)上行的成本壓力和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，使甲醇在未來(lái)混合燃料中的地位越來(lái)越明顯。研究與實(shí)驗(yàn)證明甲醇可以提供更大的環(huán)境效益，一旦更好地了解其安全性并且監(jiān)管環(huán)境完全到位，甲醇燃料替代傳統(tǒng)船舶燃料將成為造船業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。

關(guān)鍵詞：船舶；甲醇燃料；安全評(píng)估

盡管LNG被認(rèn)為是未來(lái)流行的“綠色燃料”，但越來(lái)越多的研究與實(shí)驗(yàn)證明甲醇可以提供更大的環(huán)境效益，甲醇有可能成為未來(lái)的海上燃料。

一、甲醇燃料的地位

當(dāng)前汽油，柴油和各種石化產(chǎn)品的成本持續(xù)上行以及使用所帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)促使全世界的科學(xué)家們亟需找到一種可替代的清潔燃料。早在21世紀(jì)初期，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者化學(xué)家喬治在他的著作《甲醇經(jīng)濟(jì)》中闡述：甲醇——而不是當(dāng)下流行的氫——可以取代石油和天然氣。首先，氫本質(zhì)上是不安全的，與空氣接觸會(huì)燃燒；其次，只需稍加修改，甲醇便可以使用與現(xiàn)在燃料或多或少相同的基礎(chǔ)設(shè)施，然而氫需要在-253℃的環(huán)境下儲(chǔ)存，并且占用空間大，這使得與儲(chǔ)存和處理基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的資本支出巨大。

更為重要的是；一方面人們對(duì)甲烷泄漏的現(xiàn)象知之甚少，一些少量的氣體從未燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸逸出可能導(dǎo)致溫室氣體的排放，加重環(huán)境的污染；另一方面，船舶燃料箱一旦在海上遭受撞擊破裂，即使是小泄漏，泄露出的低溫使得周?chē)幕A(chǔ)設(shè)施將承受極低的溫度，鋼結(jié)構(gòu)可能會(huì)變脆和斷裂，從而造成災(zāi)難性損壞和生命損失。

目前，甲醇作為美國(guó)啤酒氣體熱潮的一部分出現(xiàn)供應(yīng)激增，產(chǎn)能從21世紀(jì)初的78萬(wàn)噸增加到557萬(wàn)噸。作為最廣泛使用的化學(xué)品之一，甲醇不太可能遭受與LNG相同的供應(yīng)短缺。甲醇可以從天然氣中提取，甲醇廢氣（減去甲烷）具有與LNG類似的排放曲線。然而，甲醇也可以從非碳?xì)浠衔飦?lái)源生產(chǎn)，例如垃圾填埋氣體或生物質(zhì)，可以導(dǎo)致其碳含量低得多。

二、甲醇船舶運(yùn)行現(xiàn)狀

目前甲醇已被用作船舶燃料，雖然僅處于初始運(yùn)行階段，但均取得了成功。2013年，加拿大“Waterfront Shipping”率先采用一系列50，000dwt集裝箱船使用甲醇燃料，每艘船配備MAN B&W; ME-LGI（氣態(tài)燃料噴射）發(fā)動(dòng)機(jī)。 自2014年以來(lái)，歐洲合作伙伴挪威船級(jí)社（LR），HELM，F(xiàn)lensburger， Caterpillar Kiel，MAN D&T;，eyer Weyer造船廠等研發(fā)部門(mén)一直在研究甲醇作為游輪和Ro-Pax渡輪上的船用燃料的可行性。2015年，Ro-Pax渡輪“Stena Germanica”轉(zhuǎn)為運(yùn)行甲醇。這項(xiàng)耗資2200萬(wàn)美元的項(xiàng)目包括在岸上安裝甲醇儲(chǔ)罐，修改船用駁船，以及花費(fèi)了1，300萬(wàn)美元進(jìn)行船體內(nèi)部設(shè)施轉(zhuǎn)換。作為同類產(chǎn)品中的第一個(gè)，Stena Germanica項(xiàng)目的大部分成本都來(lái)自于新技術(shù)解決方案，安全評(píng)估以及規(guī)則和法規(guī)調(diào)整的設(shè)計(jì)工作。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人估計(jì)第二次改造項(xiàng)目的成本要低得多——約為Stena Germanica轉(zhuǎn)換的30-40%，同時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)換成本預(yù)計(jì)比液化天然氣低75%。

當(dāng)前的甲醇燃料主要來(lái)自天然氣，2016年DNV GL（合并后的挪威船級(jí)社和德國(guó)船級(jí)社）對(duì)燃料的研究表明，雖然甲醇的廢氣二氧化碳排放量比傳統(tǒng)燃料低，但這種由天然氣衍生的甲醇在提煉和運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的“井到井”排放量比傳統(tǒng)燃料要高得多。此外，甲醇的環(huán)境效益高度依賴于制造它的原材料，使是生物甲醇也不一定比船用輕油（MGO）有很大的改進(jìn)。2018年2月，歐洲甲醇研究計(jì)劃宣布為加拿大廢物處理公司、AkzoNobel 特種化學(xué)品公司，Air Liquid和鹿特丹港建立一個(gè)新的不可回收的廢物轉(zhuǎn)甲醇工廠。該工廠位于鹿特丹，每年將生產(chǎn)2.7億升甲醇，產(chǎn)量為350，000噸廢物，是加拿大埃德蒙頓產(chǎn)量的兩倍——這將屬于歐洲首例。將不可回收的廢物轉(zhuǎn)化為甲醇，不僅可以用于現(xiàn)有的供應(yīng)鏈，還可以替代燃燒廢物所產(chǎn)生的化石，屆時(shí)甲醇將成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要組成部分。

三、甲醇燃料面臨的挑戰(zhàn)

然而，如果要將甲醇作為未來(lái)的清潔燃料，還有許多障礙需要克服。

1、海上加油

甲醇是一種關(guān)鍵的石化原料，在輕工業(yè)中也有很多應(yīng)用，同時(shí)可以在世界各地的港口地點(diǎn)使用，但是現(xiàn)有的傳統(tǒng)海上加油中心并不全部具備甲醇加注的能力，因此問(wèn)題仍然是如何確保船舶安全和有效進(jìn)行“最后一英里”海上加油。

德國(guó)甲醇研究所和英國(guó)Lioyds Register正在制定安全的加油指南，以確保通過(guò)正確理解和良好的管理，甲醇需要的安全風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)超過(guò)任何其他類型的船用燃料”。 對(duì)于燃料供應(yīng)系統(tǒng)，通常安裝雙壁管道，并可能在燃料儲(chǔ)罐本身使用氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w作為額外的安全措施，因?yàn)榧状荚诃h(huán)境溫度下是液體，如果是泄漏會(huì)隨著重力泄漏。由于甲醇可與水混溶，因此在發(fā)生泄漏時(shí)會(huì)迅速生物降解，因此對(duì)環(huán)境和海洋生物的破壞性更小。相比之下，液化天然氣將作為天然氣排放到大氣中。同時(shí)，使用甲醇也使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作或維修燃料輸送系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，因?yàn)榧状伎梢院苋菀椎貜娜剂瞎苈分星宄?，與傳統(tǒng)燃料一樣完全“干燥”工作，幾乎不需要任何清理。甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)還具有用于噴射口的密封油，可捕獲甲醇的任何潛在泄漏。目前已有實(shí)驗(yàn)表明使用現(xiàn)有的燃料駁船用于處理甲醇是完全可行的。

2、安全評(píng)估

就像液化天然氣一樣，甲醇并非沒(méi)有安全問(wèn)題。在絕大多數(shù)火災(zāi)中，燃燒材料——建筑材料，發(fā)動(dòng)機(jī)油，室內(nèi)裝潢，油漆等——都會(huì)產(chǎn)生煙霧和可見(jiàn)火焰。然而，與船用柴油不同，甲醇可在室溫下著火和燃燒，更具挑戰(zhàn)性的是：由于其純度高，這種火在白天是完全透明的，在某些情況下，存在火災(zāi)的唯一證據(jù)是輕微的高溫霧氣。因此，甲醇確實(shí)需要特殊的安全處理協(xié)議，幸運(yùn)的是這是一種可以通過(guò)適當(dāng)?shù)慕逃团嘤?xùn)來(lái)管理的風(fēng)險(xiǎn)。目前，美國(guó)柴油控制和預(yù)防中心（CDC）的存儲(chǔ)建議對(duì)于一般處理船用燃料的船舶管理人員來(lái)說(shuō)都是熟悉的，例如：規(guī)定禁止吸煙或明火，封閉系統(tǒng)和通風(fēng)，以及防爆電氣設(shè)備和照明。因?yàn)榧状急绕突虿裼透y點(diǎn)燃，燃燒和釋放熱量更慢，所以盡管閃點(diǎn)較低，但它本身比汽油或柴油火更安全。

除此之外，甲醇是有毒的，其蒸氣中的呼吸可能是有害的，導(dǎo)致呼吸問(wèn)題，頭痛，惡心和干擾視力。 雖然它不具有致癌性，但與燃料油中發(fā)現(xiàn)的許多化合物不同，甲醇可在體內(nèi)代謝形成有毒和致癌的甲醛。

3、規(guī)則和法規(guī)

甲醇的安全使用需要通過(guò)相關(guān)規(guī)則與法規(guī)的制定與實(shí)施。作為低閃點(diǎn)燃料，2018年9月在國(guó)際海事組織運(yùn)輸和集裝箱小組委員會(huì)（CCC 5）針對(duì)Marpol Annex VI（《國(guó)際防止船舶造成污染公約》F附則6）中相關(guān)規(guī)定提出了相關(guān)修正，并且將于2023年之前通過(guò)修正案獲得全面的監(jiān)管批準(zhǔn)，得到到IGF 代碼。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著以甲醇為燃料的低排放船舶相繼推出，甲醇燃料替代傳統(tǒng)船舶燃料將成為造船業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮是全，胡以懷.甲醇燃料在船用發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)展[J]，船海工程，2015年10期

[2] 《MARPOL73/78》，International Convention for the Prevention of Pollution from Ships