日本船舶氫燃料及相關裝備發展路徑

2021年，日本國土交通省宣布日本政府碳中和發展政策，明確到2050年實現碳中和目標，強調將與工業界、學術界合作開發必要的技術，加強日本海運業的國際競爭力，率先實現海運碳中和。日本各界一致認為，零排放船舶是實現碳中和的必經之路，重點是推廣使用新的替代燃料，要在2030年前完成零排放船舶部署，除了研發相應裝備外，還需加快替代燃料的供應基礎設施布局。2021年末，日本綠色創新基金決定，進一步支持3個氫燃料相關技術裝備的研制和產業化發展，包括主要航運公司、造船廠、發動機制造商、貿易公司、大學和行業協會等在內的12家企業將在項目中進行合作，爭取在2028年或更早實現項目成果的商業化運營。

一、氫燃料

川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）、洋馬動力科技（Yanmar Power Technology）和日本發動機公司（J-ENG），同步開發以氫為燃料的低速、中速、高速發動機，到2026年左右，推出一系列可用于各種船型的氫燃料船舶發動機，同時開發相應的船用氫燃料罐和燃料供應系統。

該項目將耗資約219億日元，其中約210億日元將由綠色創新基金提供。川崎重工將開發中速4沖程發動機，其輸出功率在2000KW至3000KW之間，洋馬動力將研發中速和高速4沖程、輸出功率為800KW和1400KW的輔助發動機，日本發動機公司將開發輸出功率超過5000KW的低速2沖程發動機。日本航運公司和川崎重工各造船廠合作，聯合研發首制船并試運行，其中，中速4沖程發動機和低速2沖程發動機將在液化氫運輸船上試用，中速和高速4沖程輔助發動機將在油輪上試用，在試用中對相關技術完善后，進行批量建造和商業運營。川崎重工還將開發船用氫燃料系統（MHFS），由船用氫燃料罐和燃料供應系統組成。船用氫燃料系統經過陸基測試后，將同時在首制船上試用。

2021年，上述三家公司成立了合資開發公司HYENG。HYENG將開發氫燃料技術包括基本燃燒分析、儲罐材料和密封技術、行業技術標準和規則規范等。HYENG委托九州大學、廣島大學承擔基礎試驗研究，并為發動機性能測試、運行數據分析等提供技術支持。川崎重工計劃通過大型液化氫運輸船示范，與這一項目銜接，實現液化氫供應鏈的商業化。

二、液氫運輸

2016年，川崎重工、日本巖谷材料（Iwatani）、殼牌日本公司（Shell Japan）和日本電力開發公司（J-Power）成立了“零碳氫能源供應鏈技術研究協會（HYSTRA）”，旨在推動氫能源在日本實現社會化應用。之后，日本丸紅（Marubeni）、新日本石油公司（Eneos）和川崎汽船（K-Line）相繼加入。2019年，經上述各方努力，川崎重工建造的液氫運輸船“SUISO Frontier”完工下水，成為世界第一艘能夠在零下253攝氏度的空前低溫下運送貨物的船只。

“SUISO Frontier”號

2021年，日本創新基金支持上述7家企業合作，進一步開展氫能源試用技術、液氫運輸存儲等技術研發，旨在建立一個經濟和穩定的氫能源供應鏈。按照計劃，日本與澳大利亞政府合作，在澳大利亞褐煤礦中生產氫氣，并以液氫的形式運輸到日本，該計劃的核心是液氫的海上運輸。為此，川崎重工將對“SUISO Frontier”做進一步技術完善，包括開發新的真空隔熱不銹鋼罐作為液氫的貨物密封系統，改進船體的雙殼結構通過雙殼間的真空防止對流熱傳遞，研發耐傳導熱量的玻璃纖維增強塑料（GFRP）作為絕緣材料，以及研發低溫閥門、貨運泵、貨運壓縮機、溫度計、液位計等各種用于低溫的貨運設備。

受新冠疫情影響，原計劃于2021年初完成對“SUISO Frontier”的技術升級，直到2021年四季度才完成。川崎重工在2022年1月制定商業化推廣計劃，將基于該船型推出更大船型的設計方案、液氫存儲維護系統的方案，為日本2030年前實現液氫運輸的商業化提供裝備支持。

三、氫動力船

2019年，日本常石集團造船公司（TFC）和比利時海事集團（CMB），合資成立賓果研究院（Bingo Research Institute），共同開發氫動力船舶，2021年推出世界上第一艘氫動力渡輪“Hydro Bingo”。該船配備了兩臺氫-柴雙燃料發動機“Hypenta DB-1000”，每臺最大連續功率輸出為441KW，實際混合燃燒率范圍為0%-70%（氫氣），該船計劃以30%-50%的混合燃燒率運行，實現較傳統柴油發動機減少50%的二氧化碳排放。

2021年，日本常石和比利時海事加強對賓果研究院的資本注入，同時爭取到日本創新基金的支持，進一步拓展和推動氫動力船舶的市場化運營。繼氫動力渡輪之后，賓果研究院將于2022年開始設計氫動力拖船，并于2023年在日本常石建造一艘氫動力拖船。（謝予）