甲醇船舶的发展与挑战

张艳

摘 要：柴油和各种石化产品的持续上行的成本压力和环境风险，使甲醇在未来混合燃料中的地位越来越明显。研究与实验证明甲醇可以提供更大的环境效益，一旦更好地了解其安全性并且监管环境完全到位，甲醇燃料替代传统船舶燃料将成为造船业转型升级的重要方向。

关键词：船舶；甲醇燃料；安全评估

尽管LNG被认为是未来流行的“绿色燃料”，但越来越多的研究与实验证明甲醇可以提供更大的环境效益，甲醇有可能成为未来的海上燃料。

一、甲醇燃料的地位

当前汽油，柴油和各种石化产品的成本持续上行以及使用所带来的环境风险促使全世界的科学家们亟需找到一种可替代的清洁燃料。早在21世纪初期，诺贝尔奖获得者化学家乔治在他的著作《甲醇经济》中阐述：甲醇——而不是当下流行的氢——可以取代石油和天然气。首先，氢本质上是不安全的，与空气接触会燃烧；其次，只需稍加修改，甲醇便可以使用与现在燃料或多或少相同的基础设施，然而氢需要在-253℃的环境下储存，并且占用空间大，这使得与储存和处理基础设施相关的资本支出巨大。

更为重要的是；一方面人们对甲烷泄漏的现象知之甚少，一些少量的气体从未燃烧的发动机气缸逸出可能导致温室气体的排放，加重环境的污染；另一方面，船舶燃料箱一旦在海上遭受撞击破裂，即使是小泄漏，泄露出的低温使得周围的基础设施将承受极低的温度，钢结构可能会变脆和断裂，从而造成灾难性损坏和生命损失。

目前，甲醇作为美国啤酒气体热潮的一部分出现供应激增，产能从21世纪初的78万吨增加到557万吨。作为最广泛使用的化学品之一，甲醇不太可能遭受与LNG相同的供应短缺。甲醇可以从天然气中提取，甲醇废气（减去甲烷）具有与LNG类似的排放曲线。然而，甲醇也可以从非碳氢化合物来源生产，例如垃圾填埋气体或生物质，可以导致其碳含量低得多。

二、甲醇船舶运行现状

目前甲醇已被用作船舶燃料，虽然仅处于初始运行阶段，但均取得了成功。2013年，加拿大“Waterfront Shipping”率先采用一系列50，000dwt集装箱船使用甲醇燃料，每艘船配备MAN B&W; ME-LGI（气态燃料喷射）发动机。 自2014年以来，欧洲合作伙伴挪威船级社（LR），HELM，Flensburger， Caterpillar Kiel，MAN D&T;，eyer Weyer造船厂等研发部门一直在研究甲醇作为游轮和Ro-Pax渡轮上的船用燃料的可行性。2015年，Ro-Pax渡轮“Stena Germanica”转为运行甲醇。这项耗资2200万美元的项目包括在岸上安装甲醇储罐，修改船用驳船，以及花费了1，300万美元进行船体内部设施转换。作为同类产品中的第一个，Stena Germanica项目的大部分成本都来自于新技术解决方案，安全评估以及规则和法规调整的设计工作。项目负责人估计第二次改造项目的成本要低得多——约为Stena Germanica转换的30-40%，同时甲醇的转换成本预计比液化天然气低75%。

当前的甲醇燃料主要来自天然气，2016年DNV GL（合并后的挪威船级社和德国船级社）对燃料的研究表明，虽然甲醇的废气二氧化碳排放量比传统燃料低，但这种由天然气衍生的甲醇在提炼和运输过程中产生的“井到井”排放量比传统燃料要高得多。此外，甲醇的环境效益高度依赖于制造它的原材料，使是生物甲醇也不一定比船用轻油（MGO）有很大的改进。2018年2月，欧洲甲醇研究计划宣布为加拿大废物处理公司、AkzoNobel 特种化学品公司，Air Liquid和鹿特丹港建立一个新的不可回收的废物转甲醇工厂。该工厂位于鹿特丹，每年将生产2.7亿升甲醇，产量为350，000吨废物，是加拿大埃德蒙顿产量的两倍——这将属于欧洲首例。将不可回收的废物转化为甲醇，不仅可以用于现有的供应链，还可以替代燃烧废物所产生的化石，届时甲醇将成为循环经济的主要组成部分。

三、甲醇燃料面臨的挑战

然而，如果要将甲醇作为未来的清洁燃料，还有许多障碍需要克服。

1、海上加油

甲醇是一种关键的石化原料，在轻工业中也有很多应用，同时可以在世界各地的港口地点使用，但是现有的传统海上加油中心并不全部具备甲醇加注的能力，因此问题仍然是如何确保船舶安全和有效进行“最后一英里”海上加油。

德国甲醇研究所和英国Lioyds Register正在制定安全的加油指南，以确保通过正确理解和良好的管理，甲醇需要的安全风险不会超过任何其他类型的船用燃料”。 对于燃料供应系统，通常安装双壁管道，并可能在燃料储罐本身使用氮气作为惰性气体作为额外的安全措施，因为甲醇在环境温度下是液体，如果是泄漏会随着重力泄漏。由于甲醇可与水混溶，因此在发生泄漏时会迅速生物降解，因此对环境和海洋生物的破坏性更小。相比之下，液化天然气将作为天然气排放到大气中。同时，使用甲醇也使得发动机工作或维修燃料输送系统变得简单，因为甲醇可以很容易地从燃料管路中清除，与传统燃料一样完全“干燥”工作，几乎不需要任何清理。甲醇双燃料发动机还具有用于喷射口的密封油，可捕获甲醇的任何潜在泄漏。目前已有实验表明使用现有的燃料驳船用于处理甲醇是完全可行的。

2、安全评估

就像液化天然气一样，甲醇并非没有安全问题。在绝大多数火灾中，燃烧材料——建筑材料，发动机油，室内装潢，油漆等——都会产生烟雾和可见火焰。然而，与船用柴油不同，甲醇可在室温下着火和燃烧，更具挑战性的是：由于其纯度高，这种火在白天是完全透明的，在某些情况下，存在火灾的唯一证据是轻微的高温雾气。因此，甲醇确实需要特殊的安全处理协议，幸运的是这是一种可以通过适当的教育和培训来管理的风险。目前，美国柴油控制和预防中心（CDC）的存储建议对于一般处理船用燃料的船舶管理人员来说都是熟悉的，例如：规定禁止吸烟或明火，封闭系统和通风，以及防爆电气设备和照明。因为甲醇比汽油或柴油更难点燃，燃烧和释放热量更慢，所以尽管闪点较低，但它本身比汽油或柴油火更安全。

除此之外，甲醇是有毒的，其蒸气中的呼吸可能是有害的，导致呼吸问题，头痛，恶心和干扰视力。 虽然它不具有致癌性，但与燃料油中发现的许多化合物不同，甲醇可在体内代谢形成有毒和致癌的甲醛。

3、规则和法规

甲醇的安全使用需要通过相关规则与法规的制定与实施。作为低闪点燃料，2018年9月在国际海事组织运输和集装箱小组委员会（CCC 5）针对Marpol Annex VI（《国际防止船舶造成污染公约》F附则6）中相关规定提出了相关修正，并且将于2023年之前通过修正案获得全面的监管批准，得到到IGF 代码。

四、结束语

随着以甲醇为燃料的低排放船舶相继推出，甲醇燃料替代传统船舶燃料将成为造船业转型升级的重要方向。

参考文献：

[1] 冯是全，胡以怀.甲醇燃料在船用发动机上的应用进展[J]，船海工程，2015年10期

[2] 《MARPOL73/78》，International Convention for the Prevention of Pollution from Ships