二氧化碳运输船的建造“秘”点，你GET了吗？

本刊记者 赵芸 中国船舶集团经济研究中心 苗静

什么？2023年刚刚拉开航运业脱碳大幕，全球市场上关于二氧化碳运输船的研发和建造的消息已经开始络绎不绝了。

众所周知，二氧化碳捕捉、利用与封存（CCUS）是指将二氧化碳从排放源中分离后直接加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的工业过程。2020年，国际能源署（IEA）发布《清洁能源转型中的碳捕集封存与利用（CCUS）》报告指出，能安全可靠地运输二氧化碳基础设施的可用性是成功部署CCUS的必备要素。

目前看，除了管道以外，船舶是当前大规模运输二氧化碳的主要选项。尽管全球海事界基本认为，安全高效地运输液化二氧化碳，可以助力碳捕捉和储存（CCS）并对全球航运业的减排战略作出重大贡献，但二氧化碳运输船的建造“秘”点，大家都摸清了吗？

神仙船来了什么是二氧化碳船?

中国船舶集团经济研究中心高级工程师江文成表示，二氧化碳运输船并非新事物，早在1999年荷兰一家船厂就建造了全球首艘二氧化碳运输船。截至2021年年底，全球运营的二氧化碳运输船共4艘，最大的液舱容积为1800立方米。但是这批船舶运输的二氧化碳不是用于碳存储，而是用于工业用途，例如饮料碳酸化、食品冷藏、冷链运输等。

不过近年来，随着CCS成为零碳战略的基石，液化二氧化碳运输船开始有了新的“赋能”——液化二氧化碳运输船开始成为CCS整体价值链中的重要一环。因此，全球已有多家企业开发了或正在开发二氧化碳运输船，这些企业的目的主要是顺应当前碳达峰碳中和的趋势，瞄准未来潜在的CCS需求。

也就是说，通过前期捕捉碳排放，再利用船舶存储、运输二氧化碳，最后将二氧化碳运输到固定的深埋地点进行封存，以此达到减排、净化空气的效果。

现如今，越来越多的航运公司开始打造专用的二氧化碳运输船队，发展二氧化碳海运业务。从去年开始，包括中日韩在内的不少船企都向二氧化碳运输船发力。

2022年年初，日本邮船（NYK）和挪威Knutsen公司表示，共同合资成立Knutsen NYK碳运输公司（Knutsen NYK Carbon Carriers，简称KNCC），开发和运营船舶运输液化二氧化碳。

2021年4月，由日本新来岛造船主导开发的“二氧化碳运输船（圧入船ready）”概念设计获得船级社原则性认可（AiP），这是全球首个获得原则性认可的液化二氧化碳运输船设计。5月，丹麦船东Evergas与Ultragas联合成立了全球第一家专门从事海运二氧化碳的航运公司——Dan-Unity CO2，该公司将打造一批专用于二氧化碳运输的船舶，这些船舶的载货容量将在7500—50000立方米之间。

揭秘整艘船设计难度多高？

江文成表示，从技术难度来看，二氧化碳运输船的开发难度不算很大。因为二氧化碳的液化温度与液化石油气（LPG）类似，前者为零下37摄氏度，后者为零下33摄氏度，二氧化碳运输船使用的货物围护系统和燃料供应系统与LPG船存在很强的技术通用性。从国内外二氧化碳运输船及配套设备的研发来看，不论是开发二氧化碳运输船的现代重工、江南造船等造船企业，还是开发二氧化碳货物围护系统的瓦锡兰集团，都是此前在LPG船等液化气体运输船领域具有较好基础的企业。但因为二氧化碳存在三相点的“变脸”问题（即在一定温度下可以实现液态、气态、固态三种形态的随意转换），如何确保运输过程中二氧化碳的稳定性，成为摆在建造此类船面前的最大问题。

二氧化碳是以液态形式封存在船上储罐内，再进行运输。但由于海上极端天气频繁，甲板温度的过高或过低，都容易影响到舱内二氧化碳的“形态”。一旦舱内温度变成零下56摄氏度，那么就触及了二氧化碳的三相点，即固、液、气态共存的温度点。举个例子，船上存储罐可以承受1：200的气态液态比例，但如果二氧化碳突然气态或固化，会使存储罐承受过高的压力；同时如果二氧化碳再次从气态或固态变为液态时，又极容易出现蒸发或介入杂质，从而影响船舶运输的安全性。

“精确控制舱内温度和压力是二氧化碳运输船最大的技术难点。”江南造船旗下江南研究院液化气船的技术分管总监柳卫东说。

因此，精确控制舱内温度和压力是二氧化碳运输船最大的技术难点。而江南造船研发建造的二氧化碳运输船所采用的液货舱能很好的解决这个难题。这种液压仓是半冷半压式C型舱（通过压力+低温的双模式，提高舱内的液压效率），可提供二氧化碳再液化和液货舱蓄压两种备选方案。也就说，即使出现三相点，该船的液货舱能够将固化和气态的二氧化碳再安全地变回液态，或者，即便二氧化碳出现气态和固化，储罐都可以承受住由此带来的压力变化，继续实现安全运输。

“大家可以放心，如果说当初江南造船研发建造液化天然气（LNG）船有100个未知困难需要我们去克服，那么如今的二氧化碳运输船，我们只有10个未知点去解决就可以了。所以在技术难度上，对于江南造船来说是很小的。”柳卫东说。

需求先刺激为什么要建造？

二氧化碳运输船的主要用户企业是沿海的电厂等，因为它们在发电过程中会产生大量二氧化碳。但是，二氧化碳是不可以直接排放的，国家对此有相关的严格标准。电厂的二氧化碳一般会采取冷压模式，即利用装置、通过低温将二氧化碳冷却成液态或者固态,然后将其运走。

业内专家认为，通过船舶将二氧化碳运输到海上封存设施具有更大的灵活性，特别是在具备多个海上接收设施的情况下。随着二氧化碳捕集量的增长，在某些情况下，船舶运输在成本上还可以与管道相媲美。

不过，江文成认为，未来全球能源结构将发生重大转变，以风能、太阳能等为主。到2050年，火力发电的能源占比将下降，这样来看，未来电厂发电的需求会进一步下降，从来带来其所产生的二氧化碳排放量的下滑。江文成认为，二氧化碳运输船的未来需求不是很明朗。

1997年12月于日本京都通过了《公约》的第一个附加协议，即《京都议定书》（简称《议定书》）。《议定书》把市场机制作为解决二氧化碳为代表的温室气体减排问题的新路径，即把二氧化碳排放权作为一种商品，从而形成了二氧化碳排放权的交易，简称碳交易。2011年10月国家发展改革委印发《关于开展碳排放权交易试点工作的通知》，批准北京、上海、天津、重庆、湖北、广东和深圳等七省市开展碳交易试点工作。2021年7月16日，我国碳排放权交易市场正式上线。

江文成表示，碳交易的存在，意味着A企业可以将自身超标的碳排放量，以购买的方式，去和碳排放量有“存量”的B企业进行交换，将自身超标的碳排放量转换为B企业的排放量，以及实现A企业排放的达标。

同时，也有许多专家对二氧化碳的封存技术表示担忧。如果方法得当，其中的某些技术可以将大气中的二氧化碳与海水隔离几百万年。有些技术还可能会产生协同效益，减少海洋酸化相关的影响。但如果海底碳存储方法使用不当，则会影响海洋的化学、物理和生态过程，进而加强海洋酸化，损害海洋生态系统。

但也有不少业内专家表示，未来二氧化碳运输船的需求有一定的存在，同时，二氧化碳运输船因为船型小众，也决定了其未来不会开展批量化生产。

“市场先报出需求，我们根据船东的需求进行研发和建造。”柳卫东认为，未来的每艘二氧化碳运输船都是定制款。

“这类小众的船，在未来不会进行批量化的生产。不是因为小众不能批量生产，而是因为该船所运输的二氧化碳，在和海上相关设施设备进行接收的过程中，要根据所注入海底的深度，来对应设计和建造船上二氧化碳储罐中的接收端以及其所对应的压力压强等。”他强调，“如果二氧化碳注入的海底深度浅，那么二氧化碳储罐在卸货时，所需要应对的压力就相对来说小一点，但如果二氧化碳注入的海底深度达到3000米以下，那么二氧化碳储罐在卸货时，其接口端所应对的压力就肯定要大很多。”

所以，每艘二氧化碳运输船都是根据船东要把二氧化碳打入海底的深度，来定制每艘船的储罐接口端，以此实现该船的个性化研发和建造。