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在过去的几十年里,庞大的沿海和内陆港口网络,以及繁忙的内河航运系统,已经成为中国高效货运体系的关键组成部分,为国民经济的快速增长提供了有力的支撑。近年来,随着《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的出台,国家鼓励货运从公路转向水运和铁路等污染更少的运输方式,国内航运由此得到进一步发展。

为助力交通运输部落实《内河航运发展纲要》,推动资源节约环境友好的绿色发展,7月28日下午,国际公益环保组织自然资源保护协会(NRDC)发布《引领绿色航运发展—国内航运低零排放政策的国际经验》报告(以下简称《报告》)。

他山之石,可以攻玉。挪威气候环境部专家主任Sveinung Oftedal说:“我们正迈入气候和海洋治理的关键十年,也是IMO和航运业的关键十年。”下一个十年,我国航运业如何在碳排放受限的世界中更具竞争力?国内航运探索“低零排放”还有哪些路径可以走?可以从哪些角度进行政策调整?《报告》中也许可以找一找答案。

 

氮氧化物排放成“关注对象”我国不仅拥有世界上最繁忙的内河通航体系,还拥有连接50多个沿海港口的漫长海岸线。从2002年到2018年,内河运输的货运周转量增长了9倍,沿海运输的货运周转量增长了6倍,通过海港运输的货运量增长了4倍。

自2016年以来,我国逐步实施了更为严格的排放标准,以降低领海和内河上所用船用燃料的含硫量,这一举措直接推动船舶的硫氧化物(SOx)和颗粒物排放大幅下降。此外,我国还通过了国内船舶发动机的大气排放标准,并采取了其他措施来控制氮氧化物(NOx)的排放。

NRDC亚洲高级战略主任费楠茉(Barbara Finamore)在报告发布会上表示,在过去七年里,中国在港口和航运绿色发展方面取得了重大进展,是欧洲和北美以外第一个实施海洋燃料硫要求超过全球标准的国家。“我们高兴地看到,这些燃料要求适用于所有使用中国领海和河流的船舶,并提供了两百个船岸电力系统项目。同时,中国正在推动模式转换,并在港口卡车和内河船舶设备上试点使用替代燃料。”

《报告》认为,以货物周转量为单位来计算,航运的确是比卡车运输更清洁的运输方式,但船舶尾气排放造成的污染问题不容小觑,这一点在我国国内船舶(包括内河与沿海的中国籍船舶)排放标准要求相对宽松的背景下尤其突出。

一方面,目前在役的内河船舶中,70%以上的船舶是在国家颁布船舶空气污染法规前下水的,控制排放能力差。另一方面,虽然国家颁布了第一和第二阶段的船用发动机排气污染物排放标准(国一和国二标准),但这些标准的严格程度远低于国内卡车和非道路设备的最新标准。

航运排放已成为我国沿海、内河港口大气污染的重要来源之一,尤其是SO2和NOx。报告认为,在国内船舶排放控制区(DECA)等措施推动主要港口城市的SO2浓度水平大幅降低的同时,应重点关注并减少航运业的NOx排放 。

自2016年起,我国逐步实施DECA法规,对内河、沿海和远洋船舶所用燃料实施更严格的含硫量要求。DECA法规生效后,大型港口城市的SO2的浓度水平大幅下降,降幅26%—52%。然而,现行的NOx控制措施只覆盖到一小部分新造船舶,效果有限。NOx是臭氧的前体物,也会导致PM2.5的生成。因此,为了继续发挥航运助力贸易和经济发展的作用,同时进一步改善空气质量,有必要对航运的尾气排放进行更严格的控制,尤其是NOx的排放。

 

国际成功经验值得借鉴

由于船舶尾气排放对空气质量、生态环境和人类健康的负面影响,欧美国家自上世纪90年代末已开始推出针对国内航运的大气污染防治政策,来促进先进的NOx控制技术发展和商业化。

欧美国家主要是通过制定对清洁燃料的要求和新建船舶发动机的排放标准,来控制其国内船舶尾气的排放。这些政策措施不仅推动了低硫燃料的广泛应用,还促进了航运业减排技术的发展和商业化。通过发动机改造、使用后处理装置或替代燃料等方式可以大幅减少船舶的NOx排放,包括选择性催化还原(SCR)系统、液化天然气(LNG)动力系统和电力推进等技术等。除了制定清洁燃料和新建发动机排放标准外,欧美国家还推行了以下三类措施:实施针对在役船舶排放标准或规定,强制使用岸电,以及采用财政激励和强制措施并举的方式推动低排放和零排放燃料和技术的应用。

在控制在役船舶尾气排放方面,美国加州空气资源委员会于2007年出台了商用港作船舶法规,要求在役港作船舶的推进和辅助发动机必须在2009年到2022年期间进行升级,以满足更严格的排放要求。

挪威政府要求,2026年以前,所有在被列为世界遗产的挪威峡湾地区航行的船舶必须实现零排放。这些峡湾地区将成为全球第一个船舶零排放区。

在推动靠泊船舶使用岸电方面,荷兰鹿特丹港于2010年开始禁止在港口停泊的内河船舶上使用发电机或启动主引擎及辅助引擎,以减少空气污染和噪音滋扰。此外,鹿特丹在港内所有公共泊位安装了岸上电力接口,并开发出供船东寻找泊位和为使用岸电付款的手机应用程序以协助船东遵守规定。

在推动低排放和零排放燃料和技术的应用方面,挪威、荷兰和英国启动了一系列政策措施助力航运业向零排放方向过渡,以实现治理空气污染、应对气候危机和刺激绿色航运发展的三大目标。
 以挪威为例,该国政府结合氮氧化物排放税(NOx Tax)和氮氧化物基金(NOx Fund)、渡轮低/零排放技术采购要求以及提供基金资助等各类激励计划,大力支持船舶低/零排放技术的研发和应用。这些激励和强制措施成功促使挪威航运业采用SCR系统等先进的NOx减排技术。在理想操作条件下,这些技术可减少至少80%的单船NOx排放量。通过引导新建和部分在役船舶采用这些技术,从2007年到2016年,挪威航运业的NOx总排放量减少了约40%,成效可观。目前,全球三成以上使用SCR系统的船舶均在挪威。到2026年,挪威将拥有全球五分之一以上的LNG动力船舶以及44%的电池动力船舶。

挪威气候环境部专家主任Sveinung Oftedal在报告发布会上介绍该国航运大气污染治理与应对气候变化的协同控制政策和行动。包括将北海确定为排放控制区,制定北极地区黑碳减排措施;减少国内空气污染,与行业组织达成氮氧化物减排协议,减少穿梭邮轮的VOCs排放;投资港口的岸电供应等等。

 

中国绿色航运发展展望

2018年,我国在役内河船舶12.43万艘,是欧洲内河船舶数量的七倍。《报告》认为,国内船舶应用SCR等先进技术的过程将比欧洲快很多。此外,我国还有1万多艘在役沿海船舶受国家排放标准管制。庞大的市场规模说明对NOx减排技术的研发投资是合理的,前提是要采取严格的标准和监管措施,以推动NOx减排技术的发展,稳定市场预期。

我国已在电动汽车、太阳能和风能等其他清洁能源技术市场实行严格要求并辅以激励措施,利用本地市场的巨大规模成功推进了先进技术的研发和应用。在推进绿色航运的发展上也可以采用这种方式,以大幅降低船舶减排技术的成本。

《报告》建议,为减少国内航运排放,短期的清洁航运政策应侧重于推动新船和在役船舶采用可商用的NOx减排技术,以进一步改善环境空气质量。长远来看,鉴于气候变化对农业、生态、水资源、空气质量和居民健康的不利影响,应制定长期的清洁航运战略,重点是促进协同控制航运的空气污染问题和对气候变化的影响。具体包括:收紧船用发动机排放标准,逐步与最新的欧美标准接轨,以促进国内船队采用国际上可商用的NOx减排技术;对所有在役内河及沿海船舶实施最严格的排放规定,以加速高排放船舶的更新、改造或升级;扩大岸电使用范围,要求所有内河船舶在港口靠泊或在锚地等待通过船闸时均使用岸电;为在人口密集地区流域航行和固定航线的船舶设定零排放目标,逐步考虑为国内船舶设定零排放的长期目标,并制定推进零排放船舶的长期战略;提供专项资金和减排的奖励措施,以支持航运业采用NOx减排和低零排放解决方案,以及发展陆上燃料供应基础设施。

交通运输部水运科学研究院研究员彭传圣在发布会上介绍道,生态环境部明确我国“十四五”期间将延续《大气污染防治行动计划》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》思路,主要围绕着空气质量改善和主要污染物减排量设计目标,鉴于近几年臭氧污染问题比较突出,会针对臭氧的两项前体物VOCs和氮氧化物设计减排目标。

关于如何应对航运去碳化挑战,彭传圣表示,可以从能源转换切入。根据市场预测,最适合研发的零排放燃料是酒精、生物甲烷和氨。

“我国在实施氮氧化物排放标准前建造的目前在役船舶存量大,新造船标准要求低,势必将受到地方政府和民众关注,水运行业需要采取措施,回应关切。”彭传圣说,“NRDC这一次的国内航运低零排放政策的国际经验总结,将有助于我国借鉴国际经验制定合适的‘十

五’和中长期的国内船舶排放控制政策,引领绿色航运的发展。”

船舶氮氧化物减排技术

1.选择性催化还原系统(SCR)

SCR是一种发动机后处理技术,利用氨(以尿素的形式装载在船上)在催化剂的作用下将NOx还原为氮和氧。SCR是应对移动和非道路污染源最主要的NOx控制技术。目前,全球超过1000艘船舶已安装了SCR系统, 其中超过250艘是改造的船舶。船舶安装SCR系统后,其NOx减排效果可达到IMO第三阶段标准、美国第四阶段标准和欧五标准(在理想情况下,可减少至少80%的NOx排放量)。

2. 液化天然气动力系统

在所有可用的替代燃料中,液化天然气(LNG)是水运业最常用的燃料,目前全球(不包括中国)有177艘船舶在使用LNG燃料。不过,减少NOx排放的水平不仅取决于燃料的种类,还取决于发动机运转所依据的燃烧原理,即奥托循环还是柴油循环。采用奥托循环船用发动机的LNG动力船舶,无需后处理废气即可满足IMO第三阶段NOx标准。奥托循环发动机可以单独使用天然气,也可以同时使用柴油和天然气作为双燃料发动机。另一方面,使用柴油循环的LNG发动机的NOx排放量比IMO第一标准NOx标准低40%—50%,因此需要使用另一个NOx控制系统,如SCR或EGR,才能达到IMO第三阶段NOx标准要求。

3. 电力推进技术

电力推进技术可作为替代传统发动机驱动的推进系统,或是辅助传统发动机作为混合动力系统使用,以提高整体动力系统的效率。电力可来自船上的充电电池、氢气燃料电池或超级电容器等储能系统。目前,全球在役或已订购的全电动船舶已超过70艘,混合动力船舶约为300艘,主要用于渡轮服务。

4. 废气再循环装置系统(EGR)

EGR是一种缸内空气处理技术。该技术将一部分废气与进气混合,以降低峰值燃烧温度。虽然已在陆地排放源上使用多年,但该技术近年来才开始在船上使用。EGR技术已在低速、二冲程发动机上进行了示范应用,证明可单独应用此控制技术以满足 IMO第三阶段NOx标准。

5.水基技术

可通过在燃烧过程中引入水来降低燃烧峰值温度,以控制NOx的排放。目前有以下三种主要的水基技术正在开发:

(a)进气加湿:燃气中充满了水蒸气。

(b)直接注水:水注入进气管或者直接注入燃烧汽缸。

(c)燃油乳化:燃油掺水乳化。

来源：中国水运报