搶占先機！日本舉全國之力巨資研發零碳船舶
替代燃料對于航運業脫碳化至關重要，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，以支持零排放船舶等新一代船舶的普及，加強日本造船業和船舶工業的國際競爭力，同時推進新型船舶在海運業的實際應用，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，由日本經濟產業省所管轄的新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）啟動了“新一代船舶”開發項目，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。
NEDO介紹稱，日本政府去年10月宣布了到2050年實現碳中和的目標，這需要大大加快目前能源和工業部門的結構改革，以及大膽的投資創新。為此，NEDO設立了2萬億日元的綠色創新基金項目，為有著具體脫碳目標的企業和組織提供從研發測試到實際應用的持續支持，其中一個重要領域就是航運業。
研發項目涉及四個主題，包括船用氫氣發動機、船用氫氣燃料儲罐和燃料供給系統的開發，國產氨燃料發動機搭載船舶的開發，氨燃料船開發和社會應用的一體化綜合項目，以及通過催化劑和發動機改良以降低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商業運營，這有助于航運業脫碳化。不過，氫燃料和氨燃料發動機仍面臨許多技術挑戰，并且尚未在世界范圍內得到進展。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的，必須液化以提高運輸效率，但即使在液態狀態下，氫氣和氨氣的體積也遠大于傳統燃料，因此必須開發創新的液體燃料罐。
另外，盡管LNG動力船已經投入實際使用，但NEDO希望研發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�？赡艿拇胧┌ㄊ褂么呋瘎┖透倪M發動機減少甲烷滑移，目標是削減60%。
一、氫燃料發動機和MHFS開發項目
據悉，船用氫燃料發動機、船用氫燃料儲罐和燃料供給系統（MHFS）的開發工作由川崎重工、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中速四沖程發動機，洋馬動力技術公司開發中速和高速四沖程發動機，日本發動機公司開發低速二沖程發動機，目標是到2026財年前后完成可應對各種用途的發動機產品組合。同時，三家公司計劃于航運企業和船廠合作，在實船上進行氫氣發動機的示范測試，從事實現最終的商業化應用。
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（MHFS）的開發，與各公司共同努力實現氫燃料推進系統。今后，三家公司將通過合資企業HyEng，合作開發共同的技術要素，如基礎燃燒分析和材料、密封技術開發、船級社規則對應等，并共享測試設施。
二、氨燃料發動機搭載船舶開發項目
據了解，國產氨燃料發動機搭載船舶的開發由日本郵船、日本造船（Nihon Shipyard）、日本發動機公司以及IHI原動機（IHI Power Systems）進行，日本船級社作為協力機構參與其中。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。
據日本郵船介紹稱，合作伙伴計劃在2024財年開發和運營一艘氨燃料拖船，并在2026財年開發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、發動機開發、造船和商業化方面合作，制定與此類船舶有關的安全指南、法律和法規。
在氨燃料拖船（A-Tug）的開發運營項目中，日本郵船將負責船舶設計、設備布局和安裝、以及監管合規性工作，IHI原動機負責開發氨燃料四沖程發動機，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）的開發運營項目中，日本郵船負責船舶設計和監管合規性工作，日本發動機負責開發氨燃料二沖程發動機（主機），IHI原動機負責開發氨燃料四沖程發動機（輔機），日本造船負責船體開發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，主發動機實現氨燃料混合燃燒比例95%，為發電機提供動力的輔機中氨燃料混合燃燒比例至少為80%。
三、氨燃料船開發和社會應用綜合項目
氨燃料船開發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、擁有和運營推進系統，領先其他國家，實現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，以便使日本航運業能夠保持其在零排放船舶領域的長期優勢。
具體而言，三井E&S機械將開發氨燃料儲罐和燃料供應系統，研發氨燃料主發動機關聯技術，研究氨燃料船的安全特性，并進行氨燃料船的實證運營。日本造船將開發搭載氨燃料儲罐的船舶，以及船上氨燃料處理系統和安全系統，并檢驗實船示范運行的研究開發內容。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項目
通過催化劑和發動機改良以降低LNG動力船甲烷滑移技術的研發工作由日立造船、洋馬動力技術公司和商船三井執行，時間為2021財年至2026財年的6年間，預計總投資11億日元，補助規模約為6億日元。
據了解，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的綠色創新基金下公開征集的下一代船舶開發項目中，提出了“通過改進催化劑和發動機開發LNG燃料船舶的甲烷滑動減排技術”提案已經被采納。
左：洋馬6EY22ALDF雙燃料發動機；右：日立造船的甲烷氧化催化劑
該項目旨在進一步減少LNG動力船的環境影響，在項目研發的六年間，合作方將通過甲烷氧化催化劑和發動機改進相結合，實現LNG動力船甲烷滑移降低70%以上的目標。未來，新開發的系統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，航運業也在努力進行各種技術和商業開發，以實現低碳社會。這些努力之一是在世界各地引進對環境影響較小的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動機可能容易出現甲烷滑移的問題，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，減少甲烷滑移是發動機設計中的一個緊迫問題。
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