迈向可持续未来的航运业

阿联酋迪拜 5 六月 2023

鲜有新闻提及全球航运业，新闻中只报道过油轮失事、货轮堵塞苏伊士运河，还有一次 28,000 只橡皮鸭被卷进海里，成了人们 30 年念念不忘的新闻[1]。

该行业对环境的影响似乎也相对缓和。虽然它占全球运输量的 80% 左右，但却仅占运输排放量的 10% 和温室气体排放总量的 3%[2]。

3% 的比例听起来比例很小。但全球航运需求不断增长，近年来海运排放的增长速度超过了其他大多数行业。一些专家称，如果不采取行动，几十年内航运业可能会占全球排放量的 10-13%。[3]

航运业面临的压力越来越大，需要通过减少温室气体排放、硫氧化物 (SOx)、氮氧化物(NOx) 和颗粒物 (PM) 等污染物以及燃料消耗来提高其可持续性。

国际海事组织 (IMO) 是负责监督全球航运的联合国机构，在规管该问题方面发挥着关键作用。国际海事组织制定了到 2030[4] 年实现效率提高 40% 的目标，并呼吁到 2050 年国际航运业总排放量比 2008 年至少减少 50%。

这个目标非常宏大，但考虑到该行业的庞大规模，要实现《巴黎协定》的净零目标，就需要实现该目标。

散货船、油轮和集装箱船三个细分市场占航运业二氧化碳排放量的 65% 左右，占航运业总运量的 90% 左右。好消息是，与其他货运形式相比，航运最洁净，至少从排放的角度来看是如此。航运每吨公里产生 20 至 25 克二氧化碳，只是其他货运的很小一部分。相比之下，航空业每吨公里可产生高达 600 克二氧化碳，道路运输通常在 50 至 150 克之间。

然而，最近的研究表明[5]，尽管正在努力让该行业脱碳，但全球贸易的持续扩张可能导致到 2050 年航运排放量激增。

2018 年，该行业的化石燃料消耗量约为 3 亿吨，随着全球贸易产品需求的增长，预计到本世纪中叶，航运量平均每年将增长约 1.3%。或者，就像国际可再生能源署[6]说的，如果把全球海运比做一个国家，那么它会是第六或第七大二氧化碳排放国。

千变万化

促进航运更加可持续发展方面已经有了一些进展。由于技术改进，船舶发动机更加节能，运营方法的改变也减少了排放量。减速运航是指有意放慢速度来降低燃料消耗，2008 年至 2012 年该措施让每吨英里的排放量降低了 13%。

但鉴于航运业的全球规模，我认为监管对于推动可持续发展取得有意义的改进至关重要。国际海事组织制定了一项重要协定，即《国际防止船舶造成污染公约》(MARPOL)[7]，这是防止船舶污染的主要公约。

该协定的最新补充条款（即附件六）侧重于减少船舶造成的空气污染。2021 年，燃油中的最大硫含量降至 0.5%。对于航运公司来说，要将硫排放量降至 0.5%，最可行的三个选择是：改用极低硫燃料油 (VLSFO)、超低硫燃料油 (ULSFO) 或海洋天然气油 (MGO)；使用液化天然气 (LNG)；或安装废气洁净系统或“洗涤器”，去除常规（低价）燃料中的污染物。[8]

从经济学上来观察再简单不过了。安装“洗涤器”的成本在 150 万美元到 500 万美元之间，而清洁燃料的成本最高可达每吨 400 美元。[9]根据全球最大的国际航运协会 BIMCO 的数据，洗涤器一年内就能收回成本；因此，从 2020 年 1 月起短短 14 个月的时间，安装洗涤器的船舶数量就从 2,011 艘增加到 3,935 艘，几乎翻番[10]。

然而，可以说，洗涤器是问题的一部分，而非解决方案。这些设备安装在排气管中，利用海水清除发动机废气中的二氧化硫污染物。

然而，“洗涤水”可能对环境产生不利影响。研究发现，酸洗液的酸性比海水高出 100,000 倍，它会伤害浮游动物，而浮游动物是鳕鱼和鲱鱼等鱼类的主要食物来源，这会影响整个食物链。

大多数船舶使用开环系统，这意味着它们直接将废物排到船外，而不是存放在储罐内，在专门的港口设施进行处置，这会增加成本。

根据国际清洁运输委员会的一份报告[11]，每年大约有 10 千兆吨的洗涤器洗涤水排入海洋，几乎与船舶每年运输的所有货物重量相同。洗涤器洗涤水中的重金属等毒素会在海洋食物链中积累，对更广泛的环境有着长期影响。

欧洲采取行动

国际海事组织并不是唯一致力于整顿全球航运的组织。欧盟 (EU) 被公认为鼓励可持续航运的推动力，它热衷于鼓励采取更积极的措施来应对排放问题[12]。2015 年，欧盟通过了一项新法规（第 2015/757 号法规），旨在收集欧盟各港口总吨位超过 5,000 吨的船舶的二氧化碳排放数据。该法规被称为欧盟 MRV 法规，与 IMO 数据收集系统并行运行，因此运输公司必须遵守这两种数据报告制度。

2020 年，欧盟议会投票赞成修改欧盟 MRV 法规的提案，将受影响的船只加入欧盟排放贸易体系 (ETS)[13]。此举旨在到 2030 年让航运业的二氧化碳排放量减少 40%。欧洲议会成员 (MEP) 还呼吁成立“海洋基金”，支持对替代燃料和绿色港口等创新技术和基础设施的投资。该基金 20% 的收入用于保护、恢复和高效管理受全球变暖影响的海洋生态系统。到目前为止，由于欧盟成员国之间缺乏一致意见，该提案未能获准成为立法。[14]

虽然国际海事组织和欧盟不断努力，但仍缺乏促进可持续航运的全球监管框架。公众要求应对气候变化、推动环境可持续发展，这促使航运业、投资者和银行自行解决问题。

例如，为航运提供资金的机构目前采用波塞冬原则 (Poseidon Principles)[15]，这是衡量船队温室气体影响的一个标准。不达标的船队将无法获得资金。亚马逊和联合利华等业内一些大客户也在为供应链制定零碳目标，作为自身可持续发展承诺的一部分。

航运技术的进步

2020 年，液化天然气加油船 (LBV) Kaguya 为 NYK 汽车滚装运输船 (PCTC) 供应液化天然气燃料，这是日本首次通过船对船加油向船舶供应液化天然气燃料。图片来源 © NYK Line

降低碳排放的大部分研究集中在替代燃料上，特别是生物燃料。到目前为止，进展喜忧参半。国际海事组织 2020 年数据收集系统 (DCS) 表明，99.91% 的船用燃料使用的是传统碳基燃料[16]。尽管如此，生物燃料潜力巨大，因为它可以提供中长期船用燃料替代品，能够在不对发动机、燃料箱、泵或供应系统进行重大改装的情况下取代传统燃料。

例如，多年来一直使用的生物甲醇和生物液化天然气的规格与甲醇和液化天然气相同，而氢化植物油 (HVO) 和脂肪酸甲酯 (FAME) 等类柴油样燃料主要与传统燃料混合进行了测试。例如，欧洲大多数卡车的发动机将使用 HVO，而商业拖运机已经开始使用了。

或许，技术进步会给可持续航运带来了一些激动人心的机会。

对无碳推进形式的探索甚至让一些公司重新回归风力和风帆。早在 20 世纪 80 年代，由于油价居高不下，一些船舶安装了刚性帆来减少燃料消耗。据称，它们可以节能达 10% 到 30%[17]。目前，海洋工程咨询公司 BAR Technologies 与斯堪的纳维亚海洋技术公司 Yara Marine 合作开发了 WindWings[18]，该系统可将高达 45 米的实体翼帆安装在散货船甲板上。再加上航线优化，WindWings 可将燃油消耗量降低 30%。

其他公司正在尝试将风能和太阳能相结合。例如，总部位于日本的 Eco Marine Power[19] 开发了 Aquarius MRE（海洋可再生能源），它结合刚性但可移动的帆，由计算机控制进行远洋航行，停靠在港口时则用太阳能操纵。

有助于减少排放的另一项技术可能就是“自主技术”，就像无人驾驶汽车一样，船舶自身的计算机系统不断监测和纠正航向。据海洋技术提供商 Wärtsilä[20]的一篇论文估计，通过优化船舶路线和速度，自主解决方案可以为远洋航行节省 10% 或更多燃料。

与此同时，时长两小时的航程只需减少 60 秒的对接时间，每分钟就可以减少 2-3% 的燃料消耗。

有明显的迹象表明，商业航运正在认真对待这些创新型推进形式。例如在替代燃料方面，大型航运公司马士基 (Maersk) 订购了 13 ^[21]艘完全使用碳中性燃料的远洋船舶，力求到 2040 年实现净零排放的目标。据计算，碳中和船舶将减少 100 万吨或 3% 的二氧化碳排放，目前 3,300 万吨的二氧化碳排放量将显著下降。Cargill 是首批测试 WindWings 的公司之一[22]，这是一个领先的农业食品集团，每年租赁船舶 600 至 700 艘。该公司正在参与一个试点项目，看看装有两个风帆并装满谷物的干散货船是否具有商业可行性。

零排放航运——展望未来？

安利捷的长期合作伙伴 NYK 是日本的大型航运公司。作为“2022 年数字化和绿色未来”战略计划的一部分，该公司正在开创一种新方法为大型远洋船舶提供动力。

NYK 与其海上研发部门 MTI 以及芬兰工程咨询公司 Elomatic 合作，设计了一艘概念船，展示新技术和燃料的潜力[23]。这艘 200 米长的“NYK Super Ecoship 2050”引入燃料电池进行电力推进，船体经过改造可减少水摩擦、船体重量减轻并依靠其他高效推进装置，船只运转所需电力减少了 70%。

该船的动力并非来自化石燃料，而是来自太阳能和可再生能源产生的氢气，所有这些都会让二氧化碳减少 100%，让船舶实现零排放。

这种惊人的减幅是各种创新共同作用的结果。例如，氢燃料电池让二氧化碳排放量减少了 18%，而轻质船体让能耗减少了 34%。燃料系统利用废热回收，发电效率可达 69%，而 1,900 立方米的氢气罐可以让该船在海上航行长达 21 天而无需加燃料。太阳能占总能源需求的 15%。