CCUS如何改寫航運脫碳

當前，全球航運業正在經歷一場聲勢浩大的去碳化轉型，為了滿足日益嚴格的環保法規要求，業界也在不斷探索各種可行的合規策略�，F有的減排方式可以分為幾類：通過提升船舶能效來實現減碳，包括技術能效和管理能效，例如采用船舶節能裝置和航速優化，但這類措施的減排潛力有限，因此需要考慮從根本上杜絕船舶航行過程中向大氣排放二氧化碳，要達到這樣的減排效果，除了采用氨、氫等零碳燃料或以生物甲醇為代表的碳中和燃料外，還可以采用二氧化碳捕獲、利用與存儲技術(CCUS)，這是一種既能延續使用傳統化石燃料也能達到減排目標的技術路徑。

CCUS技術如何與船舶互融

隨著CCUS技術在脫碳方面的重要作用逐漸得到世界各國和各行各業的認可，航運業也在加快挖掘CCUS助力船舶減排的潛力，一系列研究已經證明了CCUS技術在船上應用的可行性，許多實船驗證或示范項目也在如火如荼地開展著。但CCUS系統高昂的安裝和運營成本依然制約著該技術在船上的大規模應用。中國船級社上海規范研究所法規與綠色技術研究部主任簡炎鈞表示，CCUS技術的經濟性在一定程度上取決于后續的碳排放費用，未來隨著航運碳排放市場機制的逐步發展，越來越高的碳排放成本將會提升CCUS技術的市場競爭力，并隨著應用增加，進而促進技術進一步成熟發展，降低設備制造成本，帶來相關配套設施的完善，進而降低營運成本。

同時，簡炎鈞也指出，能耗大是當前CCUS運營成本偏高的一個突出原因，因此降低系統能耗至關重要。一是吸收劑的選擇。船載CCUS系統適用的是燃燒后捕集技術，主要包括膜分離法、低溫蒸餾法、吸附法、物理吸收法和化學吸收法等5大類。船上產生的二氧化碳濃度和壓力比較低，適合采用化學吸收法，其原理是利用吸收劑與二氧化碳熱化學反應特性，低溫吸收、高溫再生解析來實現二氧化碳的分離。吸收劑在吸收和解析二氧化碳的循環過程中存在溫差，溫差越大，加熱所需的能耗就越大。吸收劑與二氧化碳的反應效率決定了系統所需的吸收劑流量，反應效率越低，所需的吸收劑就越多，從低溫吸收到高溫解析過程中，加熱所需的能耗就越大。因此選擇吸收、解析溫差小、反應效率高的吸收劑很關鍵。二是余熱回收利用。吸收劑在低溫吸附二氧化碳后，需在分離塔加熱到一定溫度后才能解析出二氧化碳氣體，解析出二氧化碳后的高溫吸收液需要重新降溫回到吸收塔，分離出的高溫二氧化碳氣體也需冷卻后才能進行壓縮液化存儲，這些過程都會排出大量的廢棄熱能，如何盡可能回收這些熱能用于分離塔內的吸收劑加熱，也是降低系統能耗的關鍵點。另外，系統設備的緊湊化及在船上的安裝布置也是船用CCUS的設計與應用難點之一。CCUS系統包括二氧化碳捕集、提純液化和存儲等多個模塊，是一套比較復雜的系統，且捕集模塊需布置在排煙管附近，同時捕集的二氧化碳存儲也需要比較大的特殊空間，而船上空間有限，CCUS系統設備體積如果太大或位置布置不合理就可能擠占其他空間甚至影響船舶穩性。此外，還有專家認為，二氧化碳屬于窒息性危險氣體，船載CCUS系統的操作、維護與管理對船員技能水平提出了更高的要求，航運公司或許需要面臨更多人力成本支出。

由此可見，應用CCUS系統對于船舶運營也是一種考驗，那么目前該技術更適用于哪些船舶呢？對此，簡炎鈞表示，從成本考慮，采用LNG和LPG等氣體燃料動力船相對更適合應用CCUS技術。因為這類燃料汽化過程中會產生大量冷源，可用于捕獲二氧化碳的液化，能極大減少二氧化碳壓縮液化所需的能耗，降低至少20%的運營成本。此外，LNG和LPG等氣體燃料本身相對清潔，顆粒物和硫化物含量低，船上無需加裝脫硫裝置，部署CCUS技術時系統構成相對簡單，而且由于尾氣純度較高，雜質較少，二氧化碳更易分離。從船型上看，簡炎鈞認為，由于CCUS涉及到二氧化碳的存儲，一般采用C型罐，因此對貨物艙容要求較高的船型可能會受到更大影響，比如集裝箱船若安裝CCUS系統就必須占用部分貨艙。而甲板空間較大的貨船或油船則更為適合。瓦錫蘭與挪威船東Solvang合作在一艘乙烯運輸船上開展了CCUS系統改裝項目，該公司廢氣處理部門主管SigurdJenssen也表示氣體運輸船、油輪和散貨船是最易于改裝這類技術的船型。他還指出，即便集裝箱船安裝碳捕集系統會占用部分貨艙也會比使用氨或氫作為燃料所需占用的空間更小，因此CCUS技術適用于遠洋船舶。

CCUS與替代燃料的關系

CCUS技術與清潔替代燃料都是目前公認的能夠助力實現航運脫碳目標的可選方案，這兩者之間存在著什么樣的關系呢？作為一種碳排放很高的能源，化石燃料在能源轉型的大勢下似乎面臨著必然的被淘汰的命運，但是氫、氨等清潔替代燃料的成本以及可獲得性在可預見的時間內仍存在著較大的挑戰，而常規燃料的動力系統、供應鏈和船上管理體系都相對更加成熟。在這種情況下，配備CCUS系統可以允許船舶繼續使用重油等傳統的化石燃料,同時又可避免向空氣中排放二氧化碳。這意味著，CCUS技術可以幫助船舶在滿足減排法規要求的前提下突破對燃料選擇的限制，在合規方面具備更多靈活性。

其次，簡炎鈞還指出，以綠色甲醇、綠色甲烷和生物燃料等碳中和燃料為動力的船舶，加裝CCUS系統后，將實現負碳排放效果，如果二氧化碳捕集成本低于碳排放費用，則可為船舶增加額外收益。“以綠色甲醇為例，利用空氣中捕獲的二氧化碳與源自太陽能或風能電解的綠氫合成甲醇，在生產端實現負碳，船上燃燒后又釋放出二氧化碳，正常情況下這些二氧化碳會被排放回空氣當中，即生產端負碳而使用端排碳，兩相結合就形成了凈零碳排放的碳中和效果。如果此時在船上安裝了CCUS系統，把甲醇燃燒后排放的二氧化碳捕集起來，然后再封存到特定地點，不向空氣中釋放，那么我們就可以認為產生了負碳排放效果。至于能否產生經濟效益，則取決于后續的市場機制。目前國內已經建立了了ETS碳排放交易體系，將覆蓋電力、鋼鐵等行業，航運業暫時不包括在內。但假如未來IMO設立國際航運業碳排放市場機制，每艘船需為其排放的二氧化碳支付費用，那么通過應用CCUS技術產生的負碳指標或許可以用來進行碳抵消或交易，為船舶帶來額外的收益。當然了，這種情況下的收益需要能夠覆蓋CCUS系統設備的建造、維護成本以及捕集過程中的運營成本才有意義，所以會受到后續的碳價影響。”

與此同時，CCUS技術還可應用到一些燃料的生產過程當中，降低燃料生產的碳強度。IEA在《清潔能源轉型中的CCUS》報告中寫道：CCUS是天然氣加工產生的二氧化碳排放的唯一解決方案，鑒于未來幾十年整個能源系統將繼續使用天然氣，這一點非常重要。天然氣礦床中可能含有大量二氧化碳——甚至高達90%，出于技術原因，必須在出售或加工用于生產液化天然氣(LNG)之前將其去除。這類二氧化碳通常會被排放到大氣中，但也可以重新注入地質結構或用于強化采油(EOR)。報告還指出，CCUS可以在促進可供整個能源系統使用的低碳氫的生產方面發揮重要作用，通過兩種關鍵方式幫助氫燃料生產脫碳：一是減少現有制氫廠的排放，為現有制氫廠改裝CCUS技術，使其能夠繼續可持續地運行。從制氫中捕獲二氧化碳是一種成本相對較低的CCUS應用，現有設施通常集中在沿海工業區，具有與其他工業設施共享二氧化碳運輸和儲存基礎設施的潛力。二是提供一種成本最低的擴大氫氣生產的途徑：在大多數地區，天然氣和煤制氫與CCUS相結合比使用可再生能源進行水電解制氫成本更低，在二氧化碳儲存和化石燃料成本都比較低的地方更是如此。此外，捕集來的二氧化碳還可用于將氫轉化為合成碳氫化合物燃料，它們易于儲存、運輸和使用且生命周期二氧化碳排放相對傳統化石燃料更低。這種燃料的生產屬于高度能源密集型，在低成本可再生能源和二氧化碳都可用的地區最經濟可行。目前運營中的最大設施是位于冰島的GeorgeOlah工廠，該工廠使用可再生電力制氫，每年可將約5600噸二氧化碳轉化為甲醇。

重塑航運脫碳，CCUS大有可為

如上所述，將CCUS技術推廣應用到船上具有獨特地挑戰，但也為減少交通運輸領域的碳排放提供了巨大的機會。CCUS系統的制造和運營成本可能是在近期和中期部署該技術的障礙，但是這些挑戰并非無法克服，隨著技術的改進和運營成本的降低，CCUS有望成為實現航運脫碳的一個有說服力的選擇。除了解決技術和成本問題外，船載CCUS系統要實現大規模應用還需要建設相應的配套措施。據簡炎鈞介紹，傳統船舶燃料燃燒后產生的二氧化碳質量遠遠大于消耗的燃料，噸重油燃燒后產生3噸多的二氧化碳，而船上的存儲空間有限，如果捕集的二氧化碳不能及時卸載，船舶載著這樣的額外負擔反而會增加油耗，因此需要建造與之匹配的二氧化碳轉移接收基礎設施。另外，船舶減排主要受法規驅動，如果CCUS技術要在船上推廣應用，那么它對EEDI的貢獻度要如何判定？EEDI相關公式如何修正？CCUS系統設備如何認證？捕集的二氧化碳如何評定？二氧化碳接收單位資質如何認定？船上安全操作與管理要求如何設置？這一整套技術與管理要求、認證認可體系都需要在公約法規層面進行明確完善。

除了船上碳捕集之外，簡炎鈞還向我們介紹了未來航運業可能應用CCUS技術實現減排的兩種設想。一是建設集海上二氧化碳轉移、綠色能源生產及船舶燃料供應加注于一體的綜合產業集群。簡炎鈞提出了“深遠海綠色能源基地”概念，主要出于兩方面的考慮。首先是為了解決國際航運業未來的綠色低碳燃料供給問題。海上風電是零碳或者碳中和燃料生產所需的綠電的一個重要來源，隨著海上風電開發逐步走向深遠海，電能的儲存和輸送問題愈加突出。通過海底電纜從深遠海向陸地輸送電力會產生損耗，而且民用電網承受海上風電這種間歇性的電力也有容量限制，所以最好是能夠實現就地化利用。在這種情況下，利用風電與二氧化碳合成甲醇就是一種不錯的就地轉化，同時滿足遠洋船舶的綠色甲醇燃料需求。其次可供加裝CCUS系統的船舶卸載、轉移捕集到的二氧化碳。要想真正實現這個概念，還有一些技術和產業上的問題需要注意，包括深遠海風電技術、低成本海上風電制氫技術、大規模二氧化碳催化制甲醇技術等。

二是航運公司通過在陸上投資建立CCUS設施進行碳抵消。這一設想的可能性是基于航運業碳排放市場引入碳信用、碳抵消機制。假設航運公司投資建設陸上CCUS系統，可以通過從陸上燃油生產端或其他方面捕集、封存二氧化碳來抵消船舶的碳排放，形成跨行業的碳轉移，從而達到碳中和。例如我國在國家自愿減排交易登記簿進行登記備案的減排量“核證自愿減排量(CCER)”就屬于碳信用的一種，一些本身無法實現凈零排放的行業如果可以采用CCER或其他類似的碳信用來抵消，也能實現產業鏈的碳中和，有利于企業實現“雙碳”目標。航運業能否通過這種形式來利用CCUS技術主要取決于減排框架和政策體系中是否納入了碳信用抵消機制。