巨大的“氨市場”正被展開
今年3月底，挪威民防局(DSB)批准在挪威弗洛羅峽灣基地(Fjord Base)建設氨燃料加注設施的計畫，該設施由雅苒國際(Yara International)旗下Yara Clean Ammonia、挪威氨加注初創企業Azane Fuel Solutions和Fjord Base規劃，為開發氨加注基礎設施技術、氨動力船舶產品和服務等填補了價值鏈空白。
供應網路漸成型
儘管目前該氨燃料加注設施由一艘可裝載1000立方米或650噸綠氨的駁船改裝而成，許可期允許每年進行416次加注作業，其中多數為定期停靠弗洛羅峽灣基地的海工支援船加注，但根據規劃，這只是Yara Clean Ammonia和Azane Fuel Solutions在斯堪的納維亞半島推出的碼頭加注網路的一部分。更重要的是，雖然氨被廣泛認為是一種非常可行的航運替代燃料，可從生產到船舶應用的完整閉環一直未被有效合攏，而此規劃標誌著氨燃料成為安全、低排放的航運替代燃料的一個重要里程碑。
氨為氫的衍生物，分子式中不含碳，燃燒自然不會產生碳排放，另外與氫相比，氨更易儲運、可被大型遠洋船舶使用且能量密度相對更高，因此被航運業寄予減排厚望。有權威機構預測，到2040年，航運業的氨使用量將達到1900皮焦耳(PJ)，約占航運燃料構成的13%，2050年將達到5000皮焦耳，占航運燃料構成的36%。作為燃料，氨在助力航運業減碳方面將是非常重要的選擇。
從供應端來看，氨的生產已不是問題，儲存設施也非常成熟，因此建立全面且有競爭力的氨燃料加注供應體系將大大提升氨動力船舶的適航性，船東或運營商則會有更積極的氨燃料船隊投資想法。
作為全球最重要的港口之一，新加坡港不久前為一艘新加坡旗船進行了氨燃料加注，該港也成為了全球首座完成氨燃料加注的港口。
新加坡港的地位特殊且十分重要，而正在加速氨燃料船舶研究與應用的日本也在新加坡港進行著積極投入。2020年，伊藤忠商事(Itochu)與荷蘭皇家孚寶集團(Vopak)達成協議，共同研究在新加坡開發建立氨燃料供應鏈基礎設施的可行性。一年後，伊藤忠商事牽頭升級合作，另邀商船三井、新加坡天然氣儲運公司Pavilion Energy和道達爾能源船用燃料部門(TotalEnergies Marine Fuels)加入，以擴大和加速氨燃料供應鏈(包括在新加坡陸上和/或海上基礎設施及氨燃料加注船)的聯合開發。2022年4月，伊藤忠商事與新加坡海事及港務管理局啟動氨燃料加注安全聯合研究框架，2023年，8家公司和組織與伊藤忠商事進一步簽署了氨燃料集裝箱船氨加注安全諒解備忘錄。
除上述利用和擴大在新加坡開發實施氨燃料供應鏈項目外，目前還有一項大型合作。住友商事(Sumitomo)、吉寶海工海事、A.P.穆勒-馬士基、馬士基 · 麥克-凱尼 · 穆勒零碳航運中心、雅苒國際和飛勵特船舶管理有限公司(Fleet Management)於2021年簽署一項備忘錄，探索新加坡可再生船用氨燃料的供應與補給，旨在於新加坡鋪設船用氨燃料加注供應鏈網路。2022年4月，川崎汽船和新加坡海事與港務管理局成為新成員，這8家公司及機構的目標是在2030年啟動氨燃料加注服務。
氨燃料供應網路的建設需要建立大型卸貨和加注基地，覆蓋整個氨燃料端到端的基礎設施，因此與全球重要港口合作建設綠色燃料加注網路對於為氨燃料船舶提供服務十分必要。上述3個已有且未來可形成規模的氨燃料供應網路的設立出發點正在於此。
“船船”加注按下快進鍵
隨著氨燃料加注供應鏈的完善，加注模式自然發生變化，加注地從碼頭轉移到海上，靈活性更強，可有效保障國際航行船舶航行時間，降低物流成本。此前市場並沒有氨加注船，但著眼未來，業界不斷探索更加靈活的氨燃料“船對船”加注方案。
2022年1月，商船三井、伊藤忠商事和勝科海事共同設計並開發了世界上第一艘氨燃料加注船，作為建立向未來型燃料過渡所需的基礎設施的第一次嘗試，該船在參考瓦錫蘭氣體解決方案部門和相關公司對貨物密封系統和加注系統的設計意見後，創建了新型氨燃料處理系統。同年6月，吉寶海工海事獲得一型氨燃料加注船的原則性認可(AiP)證書，該船船長188米，氨儲罐容積達33000立方米，可為各種氨動力船舶進行及時的燃料補給。特別需要強調的是，這兩艘已獲AiP證書的氨燃料加注船，正是分別由伊藤忠商事和住友商事牽頭的新加坡氨燃料供應鏈聯合開發專案的一部分。
另外幾艘已獲AiP證書的氨燃料加注船也頗具特色。新加坡造船集團PaxOcean進行氨燃料加注船原型設計在支持使用綠色氨作為可持續燃料來幫助全球航運實現脫碳的同時，還將智慧和自主船舶技術創新納入其中。日本郵船研發的氨燃料加注船在最初概念設計階段通過3D建模，使其能夠在獲得AiP證書的過程就HAZID中對危險地點和逃生路線的風險評估進行更深入討論，並能夠設計出包含針對氨毒性和腐蝕性的充分安全措施規格。三菱造船進一步考慮了更加靈活的氨燃料加注船概念，足夠的儲罐容量和靈活的機動性可確保與其服務的各種氨燃料船舶相容。SeaTech與新加坡航運企業Fratelli Cosulich Bunkers Singapore聯合開發的21000立方米氨燃料加注船建造方為南通中集太平洋海洋工程有限公司，這是中國船廠建造的首制氨燃料加注船。HD現代尾浦研發的10000立方米氨燃料加注船配備兩個圓柱形C型儲罐、一套氣體再液化裝置，另可基於運營商需求採用單/雙螺旋槳推進設計方案。2023年11月，Azane Fuel Solutions和Amogy達成協議，雙方探討在前者開發的氨燃料加注船上使用後者研發的氨發電系統的可行性。中船重工船舶設計研究中心有限公司推出的世界首艘16000立方米氨燃料加注/運輸船是“船對船”加注向前邁出的重要一步，這艘船總長144.7米，型寬24.5米，由四台氨燃料發動機作為船舶電站，設有高低集管區，加注速率約2400立方米/小時，可適應不同尺度船舶的船對船加注服務。
加注網路的成型與完善，將為氨燃料船舶的商業化運營提供基本保障，與此同時，業界因此加速推進新船型的設計研發。
“氨動力”很快到來
氨作為船用燃料的設想早已有之，但當前並沒有實船出現。不過在未來幾年內，真正意義上的氨燃料船舶一定會服務於航運業。
2019年，大連船舶重工集團發佈氨燃料“C-Future”型23000TEU集裝箱船概念設計；2020年，大宇造船進行的23000TEU氨燃料集裝箱船項目獲得船級社頒發的AiP證書。2022年10月，南通中遠海運川崎船舶工程有限公司開發的16000TEU氨燃料集裝箱船獲得AiP證書。2023年7月，塞斯潘(Seaspan)和馬士基零碳航運中心(MMMCZCS)及芬蘭船舶設計與工程公司Foreship合作開發的15000TEU氨動力集裝箱船獲得AiP證書，該船採用雙燃料發動機設計，可使用超低硫燃料油(VLSFO)和氨作為燃料，配有一個11600立方米的非加壓B型氨儲罐，以16節航速行駛時，可航行約12000海裡，續航能力可達18500海裡左右。這些得到認可的大型集裝箱船設計，標誌著氨燃料箱船項目研發正取得里程碑式進展。日本網聯船務(ONE)最新訂造的10艘13700TEU大型集裝箱船就將採用甲醇燃料和氨燃料預留設計。
如今在航運營的氨預留集裝箱船為達飛海運集團承租的6000TEU集裝箱船 “CMA CGM Masai Mara”輪，該船總長240米，型寬42.8米，可運載超過6000個標準集裝箱和1150個冷藏集裝箱，船體和系統組態滿足冰區與熱帶航行條件及最新環保要求，可靈活佈局於非極地全球航線。目前，該系列集裝箱船還有4艘在中國船廠建造。特別值得一提的是，今年年初，全球首艘氨動力集裝箱船被命名為“Yara Eyde”。這艘由上海船舶研究設計院自主研發設計，青島揚帆船舶製造有限公司承建的1400箱無艙蓋集裝箱船，配備氨燃料發動機、氨燃料儲罐、供給系統和加注系統，計畫於2026年投入運營。
“CMA CGM Masai Mara”輪(圖源/青島造船廠)
全球首批真正意義上的氨燃料散貨船訂單也出現在中國，這來自青島北海造船有限公司(簡稱北海造船)為新加坡東太平洋航運(EPS)建造的6艘21000載重噸紐卡斯爾型氨燃料散貨船合同。這批訂單並非“Ammonia Ready”，而是建成後可直接使用氨燃料的“Ready to Use Ammonia”船型。該型船總長300米，型寬50米，型深25.2米，結構吃水18.4米，航速14節，配置氨燃料主機及兩個3000立方米C型氨燃料罐，可達到船舶能效設計指數(EEDI)第三階段(Phase III)要求，確保實現船舶全生命週期零碳運營。今年2月，北海造船再與EPS簽訂4艘210000載重噸氨雙燃料散貨船建造合同。210000載重噸紐卡斯爾型散貨船是北海造船的主建船型，其在這一船型領域的手持訂單排名全球第一，且在氨雙燃料船舶建造方面收穫頗豐。3月，北海造船與比利時海事集團CMB簽訂兩艘21000萬噸氨燃料散貨船建造合同，這意味著雙方合作項目接近30艘，除2021年建造的4艘採用傳統燃料外，其餘船舶均可以氨為燃料。
油船方面，中集船舶海洋工程設計研究院研發設計的一型阿芙拉型氨燃料油船獲得AiP證書，該型船採用最新研發的直球艏，可以兼顧設計吃水和結構吃水下的快速性能，大大降低船舶運營時的綜合油耗，配置氨燃料主機及2個氨燃料C型罐，此外配置比同類船型尺寸更大的螺旋槳，並加裝了消渦鰭、前置預旋導流管等節能裝置，顯著提高了船舶推進效率，主機持續功率(NCR)在同樣設計航速下較同類船型降低約10%。2023年11月，北海造船與Euronav簽署1艘319000載重噸超大型油船(VLCC)建造合同，這為雙方合作的第3艘VLCC。此次簽約的VLCC總長339.5米，型寬60米，型深30.3米，結構吃水22.5米，航速14.5節，滿足EEDI第三階段的要求，未來可配置2個6000立方米氨燃料儲罐，實現船舶全生命週期零碳運營。
Euronav訂造的另外4艘在建的可用替代燃料的蘇伊士型油船由韓國船企建造，其中2艘採用LNG預留、氨預留和甲醇預留設計，並配備脫硫裝置。而在此之前，尾浦造船(現HD現代尾浦)、大宇造船(現韓華海洋)和三星重工也開展了氨燃料油船設計工作，如50000載重噸氨燃料MR型油船、85000-125000載重噸蘇伊士型氨燃料油船、115000載重噸阿芙拉型氨燃料油船和氨燃料VLCC等也獲得了相關認證。
日本三家大型航企也在通過該國著力搭建的氨供應網路來推動氨燃料散貨船的應用。2022年12月，川崎汽船、伊藤忠商事、三井E&S機械和日本造船作的一艘20000載重噸氨燃料散貨船基本設計獲得船級社頒發的AiP證書。該船屬於日本新能源和工業技術開發組織(NEDO)主導的“綠色創新基金/下一代船舶開發/氨燃料船舶開發”中的“氨燃料船開發和應用綜合專案”，力爭於2026年建成交付，並交由川崎汽船和伊藤忠商事的合資企業運營。日本郵船則與其下屬研發機構Monohakobi技術研究所(MTI)和總部位於芬蘭船舶技術諮詢公司Elomatic Oy已合作完成對使用液化天然氣(LNG)為燃料的好望角型散貨船氨預留概念設計。日本郵船表示，除氨燃料罐安全性外，燃料罐數量、容量大小對船體強度和冗餘度影響也是設計的主要問題，為此重新研究燃料罐佈局結構，最終形成了具有可行性、功能性和安全性的概念設計。2023年1月，商船三井和三井物產聯合研發的210000載重噸氨燃料散貨船獲得AiP證書，雙方共同確定了該船尺寸和規格，並委託三菱造船進行設計。
安全用氨
國際海事組織(IMO)貨物與集裝箱運輸分委會第9次會議(CCC9)上，分委會審議了通訊組報告CCC9/3有關《船舶使用氨燃料安全臨時導則》草案，由於時間原因，會議沒有完全審議該草案，但起草了臨時導則草案作為下一屆通訊組工作的基礎，並提出通訊組應考慮如下原則。
使用氨燃料的船舶應進行全面的風險評估；導則制定的第一階段僅考慮全冷和半冷兩種存儲方式，壓力儲存應滿足替代設計要求；不專門制定關於可移動式氨燃料艙的相關規定，主管機關批准使用可移動式氨燃料艙時需考慮替代設計要求；排除ESD機型處所型式；考慮到船舶類型和船上人員數量，船上應考慮設置安全避難場所，未來臨時導則可能將不適用於某些船型；應基於行業慣例和船級社規範制定人員安全和個人防護裝備的相關要求；在考慮氨大量釋放的緊急情況下人員接觸氨濃度限值時，應通過設計確保正常操作期間不存在氨；為解決出於安全考慮(非緊急情況)的氨釋放問題，導則中應考慮設置氨處理裝置以及殘餘物的處理。《船舶應用氨燃料臨時導則》將在今年舉行的CCC10會議上定稿。
眾所周知，船級社旨在為船舶設計、建造和運營提供指導，雖然氨作為船用燃料具有巨大的潛力，但它也帶來了必須解決的技術挑戰，這包括它的毒性和腐蝕性。為了指導業界研發使用氨作為燃料的早期項目，國際船級社協會(IACS)已經制定一項統一要求(URH1)，涵蓋從用於加注、儲存、製備和使用氨作為燃料的船上系統中釋放氨。URH1規定氨濃度達到300ppm，或濃度達到25ppm且接觸時間超過8小時都將具有危險性，此外還要求氨處理系統在設計層面能夠防止氨氣在正常運行時直接釋放到大氣中，並在可能的情況下，防止氨氣在任何可合理預見的異常情況下直接釋放到大氣中。若在正常或異常情況下不可避免地需要直接釋放氨氣(如啟動儲罐泄壓閥)，則要求設計人員需要在風險評估中確定氨氣預期釋放點，並在船舶設計檔中列出。在船員可接觸到的船舶位置，此類釋放產生的濃度不得超過安全濃度(25ppm)，應通過氣體擴散分析來證明。預計這一要求將促使設立“有毒區域”(類似於油船上的危險區域)，並規定進出限制和其他預防措施，例如在該區域不設進氣口。URH1進一步要求在氨釋放區域(如排氣口)安裝聲光報警器，當排放氣體的氨氣濃度達到或超過300ppm時，警報器將被啟動，以警告船員迅速離開該區域並尋求避難。對於通過風險評估確定的異常和緊急情況，必須進行氣體擴散分析。根據分析結果，必須採取措施防止船上人員接觸到危險濃度的氨氣。所有可合理預見的氨氣洩漏空間(如二級圍護結構、燃料製備室)即使通常無人值守，也應進行監測，一旦檢測濃度超過300ppm應關閉釋放源。在與使用氨作為燃料有關的其他工作中，IACS還在制定氨處理系統要求(旨在降低釋放氨的濃度和/或數量的設備)和氣體擴散分析要求。URH1涉及氨動力船舶的氨氣排放控制，被認為是為行業提供更高水準的新型燃料保證的第一步，具有重大意義。
氨燃料船舶在船舶設計中還需要不同或額外的概念，特別是在幾個關鍵系統中，包括氨燃料密封系統，專用氨燃料補給站和輸送管道。馬士基零碳航運中心首席技術官Claus Winter Graugaard在談到15000TEU氨燃料集裝箱船設計時就提到，氨燃料供應管路的佈局是設計重點考慮因素。“我們發現在龍骨內的管道中鋪設供應管路將氨燃料輸送到燃料準備室是一種相當安全的方案。我們也研究了將供應管路設置在主甲板下方管道的可行性，但裝卸也在此空間進行，有受到作業現場影響的潛在風險。最終我們確定可將燃料供應管路放置在龍骨內的管道中。從擱淺等事故的統計資料來看，龍骨內的管道發生破裂的可能性非常小。因此，風險評估證明這是氨燃料供應管路佈局的可行路線。”
來源：中國船檢