淺談嚴(yán)格環(huán)保要求下的船舶減排對(duì)策

周云龍

摘? ? 要：氮氧化物NOx排放TIER III標(biāo)準(zhǔn)已于2016年1月1日正式生效。同時(shí)，2020年全球限硫0.5%令迫在眉睫、EEDI PHASE II的適用臨近、以及PHASE III可能在2022年提前生效，這一系列規(guī)則給船舶行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求下船舶行業(yè)該如何應(yīng)對(duì)，本文特做一探討。

關(guān)鍵詞：NOx TIER III標(biāo)準(zhǔn);全球限硫0.5%;EEDI

中圖分類號(hào)：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The TIER III standard for NOx emissions has come into effect on January 1， 2016. At the same time， the global sulfur limit of 0.5% in 2020 is imminent. the application of EEDI PHASE II is approaching， and EEDI PHASE III may take effect in advance in 2022. This series of rules bring new challenges to the shipping industry. How should the shipping industry deal with the increasingly stringent environmental requirements is discussed in this paper.

Key words： NOx TIER III standard; Global sulfur limit 0.5%; EEDI

隨著國際公約對(duì)船舶排放要求的日益嚴(yán)格以及一系列新的排放標(biāo)準(zhǔn)的生效，船舶行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)船舶氮氧化物、硫氧化物、溫室氣體排放等面臨的挑戰(zhàn)及可選擇的應(yīng)對(duì)措施作一分析。

1? ? 對(duì)船舶氮氧化物的排放要求及應(yīng)對(duì)措施

2016 年1月1日排放控制區(qū)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)IMO NOx Tier III 正式生效。在此之后建造的新船行駛至排放控制區(qū)（北美洲與加勒比海）時(shí)均需滿足Tier III 的要求。當(dāng)前符合Tier III 排放要求的現(xiàn)有技術(shù)有：選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）、廢氣再循環(huán)裝置（EGR）、替代燃料（如LNG）等。

1.1? 選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）

選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如NH3）有選擇性地與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O。在SCR脫硝過程中，通過加氨可以把NOx轉(zhuǎn)化為空氣中天然含有的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）。

本方法的優(yōu)勢(shì)是首次安裝成本較低、能夠適用于大多數(shù)主機(jī)，全球已有許多安裝案例。但本方法由于要消耗尿素，運(yùn)行成本較高，以及主機(jī)處于低負(fù)荷時(shí)不能有效減少氮氧化物的排放。

1.2? 采用廢氣再循環(huán)裝置（EGR）

廢氣再循環(huán)裝置（EGR）是將部分廢氣重新引入氣缸與新鮮空氣混合，因廢氣中含有氮?dú)夂投趸嫉阮愃朴诙栊缘臍怏w使燃燒減慢，進(jìn)而降低NOx的生成和排放。

本方法優(yōu)勢(shì)是能夠節(jié)省空間、運(yùn)行成本較低，但存在首次安裝成本較高、燃燒效率降低、船舶需要儲(chǔ)存堿且保證持續(xù)供應(yīng)等缺點(diǎn)。

1.3? 使用LNG等燃料動(dòng)力系統(tǒng)

LNG是業(yè)界普遍看好的替代燃料，根據(jù)我國交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院對(duì)已有LNG船的排放監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在不同的工況和同等主機(jī)功率下，LNG船的排放數(shù)據(jù)均低于同等功率的柴油機(jī)動(dòng)力船，其尾氣排放含有的氮氧化物、硫氧化物以及固體顆粒分別降低87%、92%和98%，且CO2 排放量比柴油機(jī)動(dòng)力船降低26%。但LNG并非是完全不對(duì)大氣造成任何污染的完美燃料，LNG不完全燃燒會(huì)釋放出甲烷，由此帶來的溫室氣體效應(yīng)是CO2 的近30 倍。

2? ?對(duì)船舶硫氧化物的排放要求及應(yīng)對(duì)措施

船舶柴油機(jī)使用的燃油燃燒會(huì)釋放出硫氧化物（Sox），容易形成酸雨對(duì)植物產(chǎn)生破壞。 2005年5月19日生效的MARPOL 73/78公約對(duì)柴油機(jī)硫氧化物排放提出了限制標(biāo)準(zhǔn)。近年來，硫氧化物排放控制區(qū)不斷擴(kuò)大、控制標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，已成為包括煉油廠、燃油供應(yīng)商、船舶設(shè)計(jì)制造單位及各航運(yùn)公司在內(nèi)的整個(gè)船舶行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈面臨并亟待解決的重大課題。目前，硫氧化物排放控制區(qū)包含北美、加勒比地區(qū)、波羅的海和北海地區(qū)，在上述區(qū)域行駛的船舶需滿足0.1%的硫排放要求。按照IMO的規(guī)定，到2020年全球范圍內(nèi)船用燃油的含硫量質(zhì)量分?jǐn)?shù)從目前的不超過3.5%降低至不超過0.5%。

我國交通運(yùn)輸部發(fā)布的《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實(shí)施方案》要求自2019年1月1日起，海船進(jìn)入排放控制區(qū)應(yīng)使用硫含量不大于0.5%的船用燃油;并適時(shí)評(píng)估船舶使用硫含量不大于0.1%的船用燃油可行性;確定是否自2025年起，要求海船進(jìn)入我國沿海排放控制區(qū)應(yīng)使用硫含量不大于0.1%的船用燃油。

全球0.5%限硫令2020年1月1日起將正式實(shí)施。對(duì)此，船東可選擇的應(yīng)對(duì)措施主要有三種。

2.1? 當(dāng)前暫不采取任何措施，等至2020 年開始使用低硫油

這一選擇的優(yōu)勢(shì)在于不用前期投資，但可能面臨低硫燃油供不應(yīng)求及燃油成本升高的風(fēng)險(xiǎn)。隨著2020年即將到來，根據(jù)普氏能源和臺(tái)灣某煉油商初步預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，含硫量3.5%船用燃油與含硫量0.5%燃油之間的差價(jià)預(yù)計(jì)在40～104美元/噸。如果最終兩種含硫燃油差價(jià)落在40美元左右，那么使用低硫油來滿足限硫令無疑是具有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2.2? 安裝船舶尾氣脫硫裝備

目前很多新船船東在簽約時(shí)都會(huì)將安裝脫硫塔作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格要求，已簽約處于設(shè)計(jì)中或在建船的許多船東也在向船廠提出追加脫硫塔或者預(yù)留以后改造空間的要求。但目前全球成熟可靠的脫硫塔廠家稀少，在技術(shù)和可靠性上都有待進(jìn)一步驗(yàn)證，市場(chǎng)呈現(xiàn)出供不應(yīng)求現(xiàn)象，難以滿足大部分船舶的交貨期要求。

脫硫塔安裝改造成本較高。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)調(diào)查，以VLCC船為例，新造船時(shí)安裝脫硫設(shè)備的成本大約為四百萬美元，而老舊船改造的安裝成本大約在400 ～ 800萬美元之間。因此，對(duì)于超過15 年的老舊船舶，考慮到其安裝脫硫設(shè)備的巨大改造成本，很可能會(huì)提前被淘汰。但安裝脫硫設(shè)備的優(yōu)勢(shì)是后期運(yùn)營成本低，可使用更加便宜的高含硫燃油。

2.3? 使用LNG等替代燃料

LNG儲(chǔ)罐會(huì)占用船舶裝載空間、降低船舶貨運(yùn)能力。雖然LNG燃料是新環(huán)保要求下控制硫氧化物排放的重要解決方法，但其發(fā)展速度仍比較緩慢，主要原因是船用LNG燃料加注站及加注配套設(shè)施不足。截至目前為止，全球范圍內(nèi)已經(jīng)建成的LNG加注網(wǎng)點(diǎn)約有60個(gè)，主要分布在歐洲、新加坡、中東和加勒比海等地。

我國已建成18座船用LNG加注站，但投入運(yùn)營的僅有6座，其中5座集中在江蘇境內(nèi)。因加注站數(shù)量不足且布局集中，在實(shí)際運(yùn)營中船東要提前估算好船舶燃料里程，確保在需要加注燃料前到達(dá)加注站，這勢(shì)必會(huì)影響船舶運(yùn)營航線的靈活性以及船期的計(jì)劃性。

3? ?對(duì)船舶溫室氣體排放要求及應(yīng)對(duì)措施

在2008年召開的海事環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第58次會(huì)議上，將新造船CO2設(shè)計(jì)指數(shù)改為新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）。從2013年1月1日起，所有400 GT及以上的國際航行的新造船必須強(qiáng)制執(zhí)行EEDI標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)MARPOL附則VI-REG 21，新造船EEDI要求值以同類型船舶基線值為基準(zhǔn)，根據(jù)不同的實(shí)施階段引入不同的基線值折減率，從而使EEDI要求值不斷降低。EEDI設(shè)計(jì)指數(shù)折減標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)階段，各個(gè)階段生效日期及折減率見表1。

目前EEDI尚處于PHASE I階段，現(xiàn)有船舶基本都能滿足此階段設(shè)計(jì)指數(shù)要求.但根據(jù)評(píng)估，以當(dāng)前建造船舶的EEDI水平為參照，油船、散貨船、集裝箱船三大主力船型滿足2020年即將生效的PHASE II比率分別為23%、5%和10%，而面臨更加嚴(yán)格的PHASE III要求，則挑戰(zhàn)更大。

2018年5月舉行的國際海事組織海洋環(huán)境委員會(huì)第72次會(huì)議，通過了航運(yùn)業(yè)首項(xiàng)溫室氣體減排戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略的愿景是至本世紀(jì)中葉，全球航運(yùn)業(yè)溫室氣體排放量與2008年相比降低50%以上，而最終的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)零碳排放。對(duì)于船舶業(yè)來說，如何降低EEDI數(shù)值以滿足不斷嚴(yán)格的碳排放要求是亟需解決的重要課題。

通過EEDI的計(jì)算公式可知，航速、裝載能力、功率、燃油消耗等因數(shù)是影響碳排放EEDI數(shù)值的關(guān)鍵參數(shù)。從這幾個(gè)方面考慮，降低EEDI指數(shù)可采取如下方法：

3.1? 降低航速

降低航速會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的弊端：一方面，在運(yùn)輸總量一定時(shí)，航速降低會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸船舶數(shù)量增加，降低了運(yùn)輸周轉(zhuǎn)效率，變向?qū)е铝藴厥覛怏w排放總量增加;另一方面，降低航速會(huì)直接影響船舶營運(yùn)指數(shù)，降低我們?cè)诖瑬|選擇船廠時(shí)的競(jìng)爭力。

3.2? 增加載重量

對(duì)于散貨船和油船，在船舶共通結(jié)構(gòu)規(guī)范（HCSR）已生效的背景下，空船重量的控制在設(shè)計(jì)上已無過多的優(yōu)化空間。在此背景下，增加載重量勢(shì)必要增加船舶主尺度，進(jìn)而增加空船重量，因此需要進(jìn)行雙向權(quán)衡。

3.3? 降低主機(jī)功率

降低EEDI的主要方法是通過降低主機(jī)功率來實(shí)現(xiàn)。但為了確保船舶在發(fā)生事故的應(yīng)急狀態(tài)下仍然具備迅速機(jī)動(dòng)的能力，規(guī)范對(duì)主機(jī)最小功率提出了最低的限制要求。根據(jù)當(dāng)前主流船型能效指數(shù)的研究成果表明，面臨2020年左右生效的PHASE II排放要求，降低主機(jī)功率不能解決問題;

3.4? 使用新型燃料

新型燃料包括LNG、風(fēng)能、生物燃料、電池技術(shù)等。其中，風(fēng)能和生物燃料的應(yīng)用尚處于起步階段，距離技術(shù)成熟還有許多問題需要解決;電池技術(shù)雖然已在汽車、鐵路等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但由于船舶運(yùn)輸?shù)某笱b載量、超遠(yuǎn)航程以及海上航行等因素限制，電池續(xù)航能力、沿途充電點(diǎn)布置等目前都難以滿足船舶航行需求;而LNG燃料是最具有可行性的解決方案之一。

3.5? 優(yōu)化涂層技術(shù)

船舶水下外板表面粗糙度會(huì)影響船舶航行阻力，較高的粗糙度會(huì)增加航行阻力，從而導(dǎo)致主機(jī)利用率降低、油耗上升。通過優(yōu)化涂層技術(shù)，如使用低摩擦防污漆來降低船舶阻力，進(jìn)而減少能耗。

3.6? 開發(fā)更加節(jié)能的船型

目前已有研究機(jī)構(gòu)正在開發(fā)非對(duì)稱型的船尾，通過優(yōu)化尾部船體形狀調(diào)整流場(chǎng)，進(jìn)而減小船舶的阻力、提高推進(jìn)效率。另外，可以替代鋼板的輕型材料以及復(fù)合材料的研發(fā)應(yīng)用，也將成為未來解決方案之一。

4? 小結(jié)

目前全球船隊(duì)總計(jì)約20億DWT，其中15年以上船齡老舊船約3億多DWT。面對(duì)環(huán)保要求帶來的成本上升壓力，這些老舊船舶可能面臨提前拆解的命運(yùn)。同時(shí)，為了滿足越來越嚴(yán)格的新規(guī)要求，新造船的設(shè)計(jì)和制造成本將更加高昂，不但提高了船東的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)也會(huì)壓縮船廠的利潤空間。

對(duì)于船舶建造和運(yùn)營企業(yè)來說，面對(duì)日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，選用何種船舶減排對(duì)策固然面臨選擇之難，但無論如何這些法規(guī)勢(shì)在必行，船舶行業(yè)必須提前研討對(duì)策。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚松. 環(huán)保新要求如何影響新造船市場(chǎng)[J]. 中國船檢， 2018（06）.