氢气和燃料电池如何推动航运业绿色转型

随着脱碳成为航运业的重要议题，氢气和燃料电池在推动航运业绿色转型方面发挥着重要作用。受人尊敬的行业专家 Mikko Niini 向我们阐述了这个关键工业领域需要克服的挑战，以及氢气为行业发展带来的潜力。

航运是可实现节能的运输方式之一，在全球贸易中发挥着至关重要的作用，运输着约 80% 的货物（《2023 年海上运输审查》，联合国贸易和发展会议）。另一方面，它也是全球温室气体排放的主要产出者，占人类活动排放量的近 3%。

因此，航运业面临着脱碳的压力。国际海事组织 (IMO) 于 2023 年修订了《温室气体战略》，设定如下目标：到 2030 年温室气体排放量比 2008 年减少至少 20%，到 2040 年温室气体排放量比 2008 年减少至少 70%，到 2050 年实现国际航运业温室气体净零排放。

欧盟正在大力推动航运业绿色转型，例如从 2024 年开始将航运业纳入欧盟排放交易体系。船舶所有者和运营商面临着巨大的挑战，他们需要决定采用哪些替代燃料和节能技术来实现自己的脱碳目标，同时遵守日益严格的国家和国际法规以及达成《巴黎协定》(COP21) 的目标。

航运中使用氢气的挑战

几十年来，氢气一直用于工业过程，包括石油精炼和冶金过程。它还用于生产氨和甲醇 — 这两种燃料都是航运业中传统化石燃料的现实替代品。当今氢气面临的一大挑战是，大部分氢气仍使用天然气等化石燃料生产。此外，目前国际上仍未正式制定关于氢气作为航运燃料的规则和条例，国际海事组织 (IMO) 在这一问题上的进展也很缓慢。 

另一个挑战是，与船用燃气油相比，直接使用氢气作为燃料需要船上更多的空间。它可以以液态形式储存在 -253°C 以下，但这需要大量的能源和专门的储存系统。由于氢气极易爆炸，因此也带来了一系列独特的安全挑战。

还有燃料基础设施方面的问题。为了使氢气在航运业绿色转型中发挥作用，需要有基础设施来支持氢气作为燃料的配送、储存和供应。目前，这种基础设施还不存在。虽然纸面上的计划很多，但在船级社、政府和供应商履行各自的职责之前，我们不能指望航运业取得重大发展。

挪威在海洋氢气应用方面处于领先地位

尽管面临这些挑战，挪威等国家/地区仍在推动采用氢气作为航运燃料，并实施了广泛的技术开发和政府支持计划。挪威之所以能够走在前列，是因为挪威政府认为氢气（尤其是绿色氢气）对于到 2050 年实现净零排放至关重要。总体而言，挪威在航运方面也处于世界领先地位。 

MF Hydra 渡轮是世界上第一艘以液氢为动力的渡轮，是多家公司合作的成果。该船使用聚合物电解质膜 (PEM) 燃料电池。2024 年，一家挪威船厂获得订单，为航程三个半小时的博德 - 罗弗敦航线建造两艘氢动力渡轮，而 Torghatten Nord 于 2022 年赢得了该航线运营合同。

除挪威外，日本也是氢气用于海洋应用的先行者。如果其他国家/地区要效仿，则必须加快制定有关航运中使用氢气的监管规定。2017 年通过的《使用气体或其他低闪点燃料的船舶国际安全规则》（IGF 规则）是重要的一步，因为它实现了一种明确定义的“替代设计方法”，可用于批准氢气燃料储存和燃料供应系统。

海洋环境中的燃料电池系统 

燃料电池比内燃机和燃气轮机更高效，而且由于结构简单、运动部件少，因此也更安静可靠。它们在使氢气作为电力推进船舶的燃料成为可能方面展现出巨大的前景。目前已有多个海洋项目采用 PEM 燃料电池，ABB 是该领域的领导者之一，其模块化燃料电池解决方案可与船上的电池或发动机结合使用。

燃料电池在海事应用中的使用仍处于起步阶段，但与其他技术一样，随着公司和研究机构汇集知识和资源，我们将看到快速的发展和规模上的扩大。风力发电行业就是一个很好的例子，表明了变化的速度能有多快。第一批海上风电场采用的涡轮机容量约为 2-3 兆瓦，而最新项目中的涡轮机容量约为其六倍，为 15-20 兆瓦。

燃料电池将成为航运业绿色转型的一个重要组成部分，尤其是对于越来越受欢迎的电动船舶和混合动力船舶而言。全电动船舶已经出现在较短的常规渡轮航线上，而混合动力船舶正在迅速成为客滚渡轮领域的常态。

快速制定法规和开发基础设施至关重要

航运业已坚定地走在脱碳和采用氢气等替代燃料的路上。与监管机构和政府合作，下一个关键步骤是加快制定法规和安全规范，同时加快开发基础设施，以使氢气能够作为能源得到更广泛和更快速的应用。 

关于作者 

Mikko Niini 是自己开办的咨询公司 Vientistrategit Oy 的首席执行官、Gaia Consulting 的高级顾问以及芬兰海事协会的主席。2014 年正式退休之前，他曾担任 Aker Arctic Technology 的首席执行官。

过去 30 年来，Mikko 曾担任过多个造船厂的领导管理职务。他曾担任油轮资产管理公司 Navidom Ltd 和 Rauma Marine Constructions Ltd 的董事会主席。他还曾担任 ESL Shipping、Nemarc Shipping Corporation、ZAO Arctic Shipping Service 和 Troms Offshore ASA 等公司的董事会成员。