替代燃料對于航運業(yè)脫碳化至關重要，為了在零碳船舶市場搶占先機，日本政府準備投入巨資支持氨燃料、氫燃料船舶研發(fā)，以支持零排放船舶等新一代船舶的普及，加強日本造船業(yè)和船舶工業(yè)的國際競爭力，同時推進新型船舶在海運業(yè)的實際應用，推廣零排放船舶。

NEDO啟動新一代船舶項目涉及四個主題

近日，由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省所管轄的新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）啟動了“新一代船舶”開發(fā)項目，將投資320億日元（約合人民幣17 91億元）支持氨燃料、氫燃料船舶研發(fā)。

NEDO介紹稱，日本政府去年10月宣布了到2050年實現(xiàn)碳中和的目標，這需要大大加快目前能源和工業(yè)部門的結構改革，以及大膽的投資創(chuàng)新。為此，NEDO設立了2萬億日元的綠色創(chuàng)新基金項目，為有著具體脫碳目標的企業(yè)和組織提供從研發(fā)測試到實際應用的持續(xù)支持，其中一個重要領域就是航運業(yè)。

研發(fā)項目涉及四個主題，包括船用氫氣發(fā)動機、船用氫氣燃料儲罐和燃料供給系統(tǒng)的開發(fā)，國產(chǎn)氨燃料發(fā)動機搭載船舶的開發(fā)，氨燃料船開發(fā)和社會應用的一體化綜合項目，以及通過催化劑和發(fā)動機改良以降低LNG動力船甲烷滑移技術的研究。

NEDO指出，以氫氣、氨氣或LNG為燃料的新一代船舶得以實現(xiàn)商業(yè)運營，這有助于航運業(yè)脫碳化。不過，氫燃料和氨燃料發(fā)動機仍面臨許多技術挑戰(zhàn)，并且尚未在世界范圍內(nèi)得到進展。例如，有必要改進燃燒控制技術，并解決氫氣和氨氣燃料特有的問題。氫氣和氨氣在常溫常壓下是氣態(tài)的，必須液化以提高運輸效率，但即使在液態(tài)狀態(tài)下，氫氣和氨氣的體積也遠大于傳統(tǒng)燃料，因此必須開發(fā)創(chuàng)新的液體燃料罐。

另外，盡管LNG動力船已經(jīng)投入實際使用，但NEDO希望研發(fā)新技術克服甲烷滑移的問題，因為甲烷滑移的溫室效應是二氧化碳的25倍。可能的措施包括使用催化劑和改進發(fā)動機減少甲烷滑移，目標是削減60%。

一、氫燃料發(fā)動機和MHFS開發(fā)項目

據(jù)悉，船用氫燃料發(fā)動機、船用氫燃料儲罐和燃料供給系統(tǒng)（MHFS）的開發(fā)工作由川崎重工、洋馬動力技術有限公司（Yanmar Power Technology Co., Ltd.）以及日本發(fā)動機公司（Japan Engine Corporation）共同進行，項目時間為2021財年至2030財年的10年間，預計總投資219億日元，其中210億日元由NEDO提供支持。

其中，川崎重工將負責開發(fā)中速四沖程發(fā)動機，洋馬動力技術公司開發(fā)中速和高速四沖程發(fā)動機，日本發(fā)動機公司開發(fā)低速二沖程發(fā)動機，目標是到2026財年前后完成可應對各種用途的發(fā)動機產(chǎn)品組合。同時，三家公司計劃于航運企業(yè)和船廠合作，在實船上進行氫氣發(fā)動機的示范測試，從事實現(xiàn)最終的商業(yè)化應用。

另外，川崎重工在本項目中還將擔任船用氫燃料儲罐和燃料供給系統(tǒng)（MHFS）的開發(fā)，與各公司共同努力實現(xiàn)氫燃料推進系統(tǒng)。今后，三家公司將通過合資企業(yè)HyEng，合作開發(fā)共同的技術要素，如基礎燃燒分析和材料、密封技術開發(fā)、船級社規(guī)則對應等，并共享測試設施。

二、氨燃料發(fā)動機搭載船舶開發(fā)項目

據(jù)了解，國產(chǎn)氨燃料發(fā)動機搭載船舶的開發(fā)由日本郵船、日本造船（Nihon Shipyard）、日本發(fā)動機公司以及IHI原動機（IHI Power Systems）進行，日本船級社作為協(xié)力機構參與其中。項目時間為2021財年至2027財年的7年間，預計總投資123億日元，其中84億日元由NEDO支持。

據(jù)日本郵船介紹稱，合作伙伴計劃在2024財年開發(fā)和運營一艘氨燃料拖船，并在2026財年開發(fā)運營氨燃料氨氣運輸船。這兩艘船都將使用一些燃料油作為引燃燃料（pilot fuel），因為氨氣很難點燃。此外，各方還將在研發(fā)、發(fā)動機開發(fā)、造船和商業(yè)化方面合作，制定與此類船舶有關的安全指南、法律和法規(guī)。

在氨燃料拖船（A-Tug）的開發(fā)運營項目中，日本郵船將負責船舶設計、設備布局和安裝、以及監(jiān)管合規(guī)性工作，IHI原動機負責開發(fā)氨燃料四沖程發(fā)動機，而日本船級社負責船舶安全性評估。拖船將在2024財年完工交付，實現(xiàn)氨燃料混合燃燒比率80%以上，削減溫室氣體排放。未來還將使用生物燃料等作為引燃燃料，以達成溫室氣體零排放。

在氨燃料氨氣運輸船（AFAGC）的開發(fā)運營項目中，日本郵船負責船舶設計和監(jiān)管合規(guī)性工作，日本發(fā)動機負責開發(fā)氨燃料二沖程發(fā)動機（主機），IHI原動機負責開發(fā)氨燃料四沖程發(fā)動機（輔機），日本造船負責船體開發(fā)并探討船舶建造方法，日本船級社負責氨動力氨氣運輸船的安全性評估。新船將在2026財年完工交付，主發(fā)動機實現(xiàn)氨燃料混合燃燒比例95%，為發(fā)電機提供動力的輔機中氨燃料混合燃燒比例至少為80%。

三、氨燃料船開發(fā)和社會應用綜合項目

氨燃料船開發(fā)和社會應用的綜合項目由伊藤忠商事、川崎汽船、NS United海運、三井E&S機械以及日本造船進行，項目時間為2021財年至2027財年的7年間，預計總投資30億日元，其中20億日元為補助金。

該項目將使用氨氣作為船用燃料來開發(fā)、擁有和運營推進系統(tǒng)，領先其他國家，實現(xiàn)國際海事組織的溫室氣體減排目標。目標是最快在2028年引入氨燃料船舶，以便使日本航運業(yè)能夠保持其在零排放船舶領域的長期優(yōu)勢。

具體而言，三井E&S機械將開發(fā)氨燃料儲罐和燃料供應系統(tǒng)，研發(fā)氨燃料主發(fā)動機關聯(lián)技術，研究氨燃料船的安全特性，并進行氨燃料船的實證運營。日本造船將開發(fā)搭載氨燃料儲罐的船舶，以及船上氨燃料處理系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，并檢驗實船示范運行的研究開發(fā)內(nèi)容。川崎汽船、伊藤忠商事和NS United海運則將負責氨燃料船的實船示范運行。

四、降低LNG動力船甲烷滑移技術研發(fā)項目

通過催化劑和發(fā)動機改良以降低LNG動力船甲烷滑移技術的研發(fā)工作由日立造船、洋馬動力技術公司和商船三井執(zhí)行，時間為2021財年至2026財年的6年間，預計總投資11億日元，補助規(guī)模約為6億日元。

據(jù)了解，日立造船株式會社（日立造船）、三井商船（MOL）和洋馬動力技術有限公司（YPT）提出了“通過改進催化劑和發(fā)動機降低LNG燃料船的甲烷滑動技術”。日立造船在NEDO的綠色創(chuàng)新基金下公開征集的下一代船舶開發(fā)項目中，提出了“通過改進催化劑和發(fā)動機開發(fā)LNG燃料船舶的甲烷滑動減排技術”提案已經(jīng)被采納。

左：洋馬6EY22ALDF雙燃料發(fā)動機；右：日立造船的甲烷氧化催化劑

該項目旨在進一步減少LNG動力船的環(huán)境影響，在項目研發(fā)的六年間，合作方將通過甲烷氧化催化劑和發(fā)動機改進相結合，實現(xiàn)LNG動力船甲烷滑移降低70%以上的目標。未來，新開發(fā)的系統(tǒng)將安裝在名村造船為商船三井建造的一艘大型LNG動力煤炭運輸船上，進行實船測試。

近年來，全世界的環(huán)保意識，包括對氣候變化的反應都在不斷提高。在此背景下，航運業(yè)也在努力進行各種技術和商業(yè)開發(fā)，以實現(xiàn)低碳社會。這些努力之一是在世界各地引進對環(huán)境影響較小的LNG燃料船舶。液化天然氣燃料具有減少二氧化碳排放的作用，但使用液化天然氣的發(fā)動機可能容易出現(xiàn)甲烷滑移的問題，即未燃燒的燃料在排氣中排出，甲烷是非常嚴重的溫室氣體，未來100年其導致的全球溫室效應的危害可能是二氧化碳的28倍，未來 20年其導致的全球溫室效應的危害可能是二氧化碳的84倍。因此，減少甲烷滑移是發(fā)動機設計中的一個緊迫問題。