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EU海运脱碳

氨作为船用燃料:研究结论导读

EMSA《Ammonia as fuel in shipping》(rev1,2023-09)研究综述的中文导读:无水氨被视为可较快入市的零碳或近零碳船用燃料候选,但其毒性与法规缺口构成主要约束。

来源:EMSA《Ammonia as fuel in shipping》rev1 · 2023-09 · 资料库

1 · 可获得性(Availability)

氨今天已作为化肥与化工原料大规模生产。要实现船用“绿氨(green ammonia)”规模化,可再生电力与绿氢电解槽(electrolysers)产能须成倍扩张——当前全球装机远不及所需。测算显示:到 2040 年可再生电力才足以单独满足全球船队的绿氨需求,但届时航运还将与农业及其他工业争夺绿电与绿氢。就近协同布置(co-location,发电—电解—合成氨同址)比远距离运氢更便宜高效。

研究结论 引自综述的供应部分。

2 · 适用性(Suitability)

报告付印时,远洋商船还没有以氨为燃料的实船。岸上储存与分销、船上储存,以及内燃机或燃料电池这两条能量转换路线,审查后都没有看到过不去的障碍。氨有毒,也会伤害环境;健康、安全与环境风险可以管理,在研设计倾向于故障时把氨关在系统里面。标准和使用条件要等技术成熟度够了、导则写出来之后才清楚。原则结论是:氨可以作为船用燃料。

储存:大约 17 bar,或 −33°C

陆上和农业已经大量装卸无水氨。报告引用 IRENA 2022:每年约 2500–3000 万吨经公路、铁路、船舶或管道运输,其中海运约 1800–2000 万吨。碳钢压力容器的主要问题是应力腐蚀开裂。沿用至今的做法是选用强度较低的钢、容器充分消除应力、杜绝空气混入,并在氨里保留 0.1%–0.2% 的水来抑制开裂、降低氧浓度。IGC 规则把这些原则用在碳锰钢运载无水氨上。规则 17.12.6 禁止镍含量超过 5% 的镍钢。304、316 一类不锈钢在制冷管路里常见,散装储存的公开数据有限;英国不锈钢协会写道,通常假定这些牌号储存散装氨没有腐蚀风险,但看不到已发表的数据来证明。这主要影响那些为更低温度的其他货品选用了这类材料、以后想改运氨的设计。

和液化天然气相比,氨可以在约 17 bar 或 −33°C 下液化,舱体可以用更便宜的碳锰钢或低镍钢。IGC 的储存要求也允许把氨装进为液化石油气设计的气体船。报告统计当时在役气体船约 2228 艘,其中液化天然气船 701 艘、液化石油气船 1527 艘;液化石油气船里舱容在 10000 立方米及以下的有 856 艘,适合当加注船,其中约 167 艘显示能够载运无水氨。生产设施还要靠近港口或管网,分配才便宜,也降低因为运不出去而停产的风险。

表 11 摘录。舱容倍数不含绝热和次屏蔽。氨的碳含量、二氧化碳因子在表中为不适用
燃料液态储存比能 MJ/kg能量密度 MJ/L相对 MGO 的舱容供应压力
MGO常温常压42.738.418 bar
LNG−162°C,常压或加压约 5–10 bar4821.61.8柴油循环 300 bar;奥托循环 5–13 bar
氨−33°C 常压,或全加压至约 18 bar18.612.93.083 bar

船上供气要能回收,不能直接放空

报告付印时还没有现成的船用氨机或供气系统。起点是已经上船的液化天然气、甲醇、乙烷,尤其是液化石油气的供气。低闪点燃料的供气和用能设备互相依赖,比常规燃油系统更紧。气体或加压液化燃料可以从储存舱用泵或压力送到供气系统。当时在研的 MAN ME-LGIA 走柴油循环,预计燃料供应系统压力约 80 bar,缸内由机器自己的增压喷射阀再加压;表 11 把氨的供应压力列为 83 bar。布置上要有压力舱、潜液泵、约 80 bar 的高压泵,以及供油和回油的双截止泄放阀。和液化石油气的 ME-LGIP 相比,氨系统多一套回收和捕集,使燃料系统封闭,不向大气放空。吸收或回收装置还用于紧急关断时的管路吹扫。主机不运行而蒸发过多时,要用气体燃烧装置、锅炉或再液化装置处理。氨对水生生物危害极大,岸上排放可能需要储存舱和接收设施,水和空气的排放限值也要另定。

内燃机:柴油循环更受厂商看好

奥托循环是低压预混,柴油循环是高压扩散燃烧。扩散燃烧能适应更宽的气体燃料,大型二冲程多用这一路。奥托循环受平均有效压力上限、燃料品质、爆震、失火和燃料逃逸限制;这些限制用在甲烷上还能应付,用在氨上更难做成有竞争力的船机。MAN 的 ME-LGIA 走柴油循环,直接沿用液化石油气机的经验。瓦锡兰两条路都在做,也包括在奥托或柴油循环里把氨和甲烷掺烧。现代重工的 Himsen 四冲程走柴油循环。报告付印时列出的预期首台交付年份是:瓦锡兰四冲程奥托循环氨机 2023 年,MAN ME-LGIA 与 Himsen 氨机 2024 年,瓦锡兰四冲程柴油循环氨机 2025 年,MAN 四冲程氨机 2026 年。年份取自 2023 年 9 月付印时的厂商预期。

表 12 中氨的指导值。引燃油比例是最大持续功率下的比例
低压,奥托循环高压,柴油循环
供应压力5–16 bar约 80 bar
喷射压力与供应压力相同500–700 bar
引燃油比例15%–30%5%–10%
双燃料模式的最低负荷约 30%约 15%
氮氧化物燃油模式和氨模式都按 Tier II燃油模式和氨模式都按 Tier II
燃料逃逸有可以忽略
爆震、失火、负荷响应敏感;负荷响应降低不敏感;负荷响应不变
燃料品质敏感不敏感

引燃油既要点着氨,也要维持燃烧稳定。厂商预期优化并积累运行经验后,小型机引燃油约 10%,大型二冲程的目标是 5%,并且预期可以不装后处理就达到 IMO Tier II。氨逃逸和氧化亚氮的实际量当时还没有测完;柴油循环预期会低一些。报告采用的氧化亚氮全球变暖潜势是 20 年 264、100 年 298,排放量仍可能抵掉用氨省下的大部分二氧化碳,这是采用氨的一个潜在障碍。控制氨逃逸和氧化亚氮需要高温燃烧,高温又会提高氮氧化物。预期要使用现有的选择性催化还原来控制氨逃逸,并用额外催化来控制氧化亚氮。报告建议主管机关为烧氨内燃机的氨逃逸和氧化亚氮设限;陆上欧 VI 对装有选择性催化还原的重型柴油机规定 10 ppm 氨逃逸限值。报告把它写成船机可以参照的数字。海运限值以 IMO 现行条文为准。

机舱与燃料电池

机舱只要沿用低闪点燃料已经建立的供气管路双层屏障,就没有看到过不去的障碍。现有的气体安全机舱预期可以用于氨,改动主要是个人防护装备和操作程序。探测器类型和报警值由毒性决定,不只由火灾和爆炸决定。双层屏障管路的泄漏在危险识别里通常是低概率、高后果,靠设计和安全要求压到合理可行尽量低。应急逃生呼吸器放在机舱,是氨燃料危险识别里常见的建议。燃料准备间里有泵、压缩机、阀门和单壁管,泄漏可能性更高,需要额外安全和操作措施。冷藏船和渔船机舱里氨制冷设备已有船级社规则,加大通风或水幕可能适用于氨燃料准备处所。

表 14。燃料电池按电解质分类
类型工作温度报告中的用途
质子交换膜30–120°C车辆、移动设备和较小的热电联供
碱性100–250°C航天器
磷酸150–220°C大量 200 kW 热电联供
熔融碳酸盐600–700°C中大型系统
固体氧化物650–1000°C各种规模

直接氨燃料电池从 1960 年代就有研究。电化学过程的主要产物是氮、水和氧,但是否会在电池里生成氮氧化物和氧化亚氮,报告写明当时未知;已有文献观察到某些类型的燃料电池会出现氮氧化物。未反应气体主要担心氢和氨,需要监测,必要时再处理或催化。细节见 EMSA 2017 年《Study on the Use of Fuel Cells in Shipping》。

研究结论 EMSA《Ammonia as fuel in shipping》rev1 第 2.4 节,表 11、表 12 与表 14。船队艘数和首台交付年份都是该报告付印时的数字。

3 · 可持续性(Sustainability)

以可再生电力制氨可实现井到舱(well-to-wake, WtW)近零排放;而当前主流“灰氨(grey ammonia)”的 WtW 排放高于常规船用燃料。燃烧层面:SO₂、CO、重金属、烃类与 PAH 降至零,颗粒物(PM)显著下降(主要来自引燃燃油 pilot fuel 与气缸润滑油)。待解问题:NOx 与笑气 N₂O(强温室气体)排放及氨逃逸(ammonia slip)。燃料电池路线排放更低,但成熟度不足。

研究结论 引自综述的可持续性部分。

4 · 技术经济(Techno-Economic Aspects)

按总拥有成本测算,2030 年使用蓝氨或绿氨的船高于常规燃油船。集装箱船和散货船的示例在计入碳价后,绿氨约为常规燃料的 2.5 至 3 倍,蓝氨约为 1.5 倍。差距有望在 2050 年前后收拢,取决于绿氨生产成本下降、氨装置资本开支降低,以及化石燃料碳价上升,也取决于全球燃油价格怎么走。改装因为要加管路、电缆、改结构和有时做定制修改,费用可以高于新造,而且相对照常营运仍然是一大笔投资。换氨燃料船还会碰到船员再培训,以及目的港氨燃料供应有限。

2030 年总拥有成本溢价(相对常规燃料船)
燃料路线TCO 倍数收敛展望
绿氨(green NH₃)2.5 – 3.0×2050 年前后可能收敛
蓝氨(blue NH₃)≈ 1.5×同上,视碳价与油价
数值引自第 2.5.6 节。示例是计入碳价后的集装箱船和散货船。

5 · 法规(Regulations)

2023 年 9 月的研究报告写明:当时把氨用作船用燃料,在国家、区域和国际层面都缺少专门规则,这直接挡住采用。陆上储存、运输和无水氨货的规则可以当参照。过渡办法是按风险做替代设计审批,船级社也已有试行规则。欧盟 Fit for 55 被写成推动可再生氨的政策信号。报告列出的近期工作包括:在 IMO 货物与集装箱分委会制定氨燃料临时导则,确定正常和应急时向空气和水排放氨的可接受限值,审查 IGC 规则以便燃烧氨货,由船旗国按 STCW 做培训和发证,帮公司落实 ISM,修订 MARPOL 附则 VI 和氮氧化物技术规则以便做能效和氮氧化物认证并考虑氨逃逸与氧化亚氮限值,请 IMO 委托 ISO 制定船用燃料、接头和加注标准,并推动 IACS、SGMF、IBIA 写出统一要求和操作指南。

这份缺口表是 2023 年的。海上安全委员会第 109 届会议(2024 年 12 月 2 日至 6 日)批准、2025 年 2 月 26 日发布的 MSC.1/Circ.1687《使用氨燃料船舶安全临时导则》,给 IGC 规则覆盖范围以外的氨燃料船提供了国际标准。导则是建议性的、基于目标的,委员会写明它是临时的,经验积累后还要修订。第 5 至 20 章有目标和功能要求,但不一定给出每一种设计的具体做法。能套用 IGF 规则的地方应套用;IGF 不适用时,按 SOLAS 第 II-1 章第 55 条做替代设计。导则不处理把氨货当燃料的气体船。安全、可靠程度应至少相当于新造的、可比的常规燃油主辅机。正常运行以及可预见、可控制的异常工况下,应避免把氨直接排入大气;除安全必需外,供应、储存和加注布置在包括闲置在内的全部正常工况下都应防止放空。

国际海事组织秘书处在 2026 年的材料里还写了两件后续:气体船把氨货当燃料,另有 MSC.1/Circ.1702,由海上安全委员会第 111 届会议(2026 年 5 月)批准;同一材料写明,第 111 届会议已批准澄清 IGF 规则适用于气体燃料、不论闪点高低的 SOLAS 第 II-1 章修正,并写明气体船用氨当燃料走 IGC、不走 IGF。该修正还须经第 112 届会议(2026 年 12 月)通过,材料预计 2028 年 7 月生效。气体船氨货当燃料的具体条文,以 MSC.1/Circ.1702 为准。

2023 年 9 月报告表 26 里、安全通函本身没有改掉的缺口。ETS 是否适用于航运以现行指令为准,不采用该表里「ETS 尚不直接适用于航运」的旧表述
主题报告当时的判断
MARPOL 附则 VI 与氮氧化物技术规则缺少氨分析仪以及氨逃逸、氧化亚氮的测量和计算,因而难以按第 13 条做氮氧化物认证。没有船机氨和氧化亚氮的排放限值。第 18 条对加油单和取样是否适用于氨需要写清。排气清洗或燃料系统清洗把氨排入水中,没有限值;硫氧化物洗涤水有先例,但是否用同一文书来管氨,报告认为不清楚
EEDI、EEXI、CII 与燃油消耗数据收集没有把氨的碳因子直接写入这些文书的明文。报告建议这些文书考虑井到尾
燃料品质与加注标准ISO 8217:2017 不覆盖氨。工业用无水氨的取样、水分(卡尔费休,适用于不少于 50 mg/kg)和油含量标准可以引用。液化天然气加注的 ISO 20159、ISO/TS 18683 和干式接头 ISO 21593 可以当蓝本,本身不适用于氨。IBIA 当时还没有氨的专门指南
IGF 与使用报告付印时,IGF 的 A-1 部分是为天然气写的,氨靠替代设计;临时导则刚列入 CCC 工作计划(自 2022 年 9 月 CCC 8 起)。这一项的安全标准后来由 MSC.1/Circ.1687 补上,见上一段,而且仍是建议性的目标型导则
船员与 ISMSTCW 已有 IGF 船舶培训规则,氨是否落入 IGF 在报告当时仍有问号。船旗国仍需开发课程才能发证。IGF 或临时导则里的操作要求,会方便公司履行 ISM
IACS氨制冷统一要求 M57 自 1993 年发布后未更新。低压气体机统一要求 M78 不覆盖高压和二冲程,也不覆盖其他低闪点燃料。建议 146、142 以及备件、FMEA 建议可以扩到氨、双燃料和加注。船级社规则若形成统一要求,适用会更一致

研究结论 EMSA 报告第 3.5、3.6 节与表 26,付印于 2023 年 9 月。官方解释 MSC.1/Circ.1687(2025-02-26),由 MSC 109 批准。气体船氨货当燃料的通函号和 SOLAS 修正时间表,引自国际海事组织秘书处 2026 年材料。条文以通函原文为准。

6 · 风险与安全(Risk & Safety)

报告对超大型油轮、散货船和客滚船做了概念阶段的危险识别,参加的有 ABS、船东、船厂、主机制造厂和港口。前提是船舶符合当时的规则和船级社要求,包括 IGF,但氨的专门条文当时还没写完,所以这部分另做评估。主要关切是毒性和气体扩散。登记表里有不少措施来自甲烷的 IGF 规则,更多措施是氨特有的,IGF 里没有。氨作为货物和制冷剂已经在船上用过,经验和操作集中在液化气这一段;把燃料用法铺到整个船队,培训和专门规则要跟着加宽。

氨本身的危害

常温下无色、有刺激性气味、极易溶于水;加压后是无色液体。气味阈值大约 5–50 ppm。反复接触不会造成慢性效应,但低浓度就会强烈刺激眼、咽喉和呼吸道;高剂量吸入可以致命,还会严重灼伤皮肤和眼睛,长期接触可能伤肺,皮肤反复接触可致皮炎。液体会造成冻伤。对水生生物有毒,影响可能持久。爆炸下限 15%(体积)、上限 28%。泄漏可形成液池火、闪火,以及外部火灾烘烤压力容器时的沸腾液体膨胀蒸气爆炸。干燥空气中氨比空气轻、会上升;它极易吸湿,与空气中的水分立刻生成可见的白色氢氧化铵云,这时比空气重,可能贴地、不容易散开。与氯、酸、黄铜、铜、银和锌剧烈反应。高温下会分解成可燃的氢和有毒的二氧化氮。液氨里氧含量超过几个 ppm,就会促使钢的应力腐蚀裂纹在高温下很快扩展,所以吹扫用的氮气纯度很重要。

三型船的概念布置和登记结果

超大型油轮的概念是两只半冷式 C 型舱放在货油舱区露天甲板左右舷,燃料准备间夹在两舱之间、舱底离甲板约 3 米,去机舱的管子双壁、环形空间每小时换气 30 次,放空桅在准备间顶部,有冗余再液化。日用舱加压到约 20 bar。加注在锚地与加注船舷靠舷、用软管。正常操作的释放进入捕集系统,舱和总管的释放去放空桅。报告把这一方案归纳为 15 个极高风险、22 个高风险,没有认定会阻止方案继续发展的无法解决的风险。需要继续做的是:货油火灾对甲板氨舱的影响、火灾载荷和沸腾液体膨胀蒸气爆炸、准备间内部爆炸对氨舱和货油舱的影响、露天甲板氨管改为双壁并防坠落物、不要把舱或准备间放在甲板开口上方、不要在舱和甲板管上方起吊、做扩散分析划定危险区和毒性区,并专门看居住区前壁与燃料处理间之间的开口。

散货船有两个布置。方案一:两只全冷 A 型舱在居住区左右,舱底伸进机舱,居住区改得更窄更长;加注总管在第 7 和第 8 货舱之间;从舱到准备间、从加注站到舱的管子是单壁,夹在舱和居住区侧壁之间,准备间到机舱是双壁。研讨会认为这个布置因为贴着居住区,风险很高。救生设备在船尾,应急时可能被暴露;通风和排放口离居住区和 A 类机器处所太近。方案二:一只全冷 A 型舱放在第 3 和第 4 货舱之间,准备间在舱顶,甲板管要防坠落物和机械损伤,并建议用隔离舱把燃料舱与其他货舱、准备间隔开。两个方案都要单独研究长甲板管如何吹扫、要多久,以及积液受热膨胀。货物作业和加注不同时进行。方案一登记了 106 条建议,方案二 113 条。

客滚船方案一:下舱改放两只隔热 C 型舱,每只 576 立方米,舱连接处所按 1 区、气密液密,管子按 −33°C 和先漏后破设计,材料为不锈钢。船上有 2×5 MWh 锂离子电池。船按 MGO 设计,没有加热回路;当时的技术意味着引燃油比例高,生物燃料舱还要留。港内不用氨,切换策略要另定。主机按瓦锡兰气体机考虑。方案二:舱改到尾部露天甲板,每只减到 350 立方米,去机舱边界的管子走气密管道,机舱内双壁。靠机舱的燃料舱这一节点有 72 个高风险、7 个极高风险;舱在货舱内的加注布置有 11 个高风险、12 个极高风险。建议共 78 条。旅客在通风不对时大约 5 ppm 就能闻到,舒适性和公司声誉都会受影响,报告要求把各来源的氨吸收掉,正常时不排入大气。加注对旅客的风险要另做危险识别和扩散分析。甲板舱上方禁止起吊。碰撞和搁浅对舱的完整性要在 IGF 符合性之外按旅客风险再评估。旅客通道不允许敞开的氨管。要做最坏情况的撤离和救助研究。

客滚船登记表的节点与最高风险项

登记表按四个节点组织。总布置没有识别出新增风险;另外三个节点如下。

节点条目要点
主机舱 C 型氨舱 A舱连接处所(TCS)空间泄漏、舱泄漏、第 3 甲板货物火灾、舱后机舱火灾、再液化装置火灾爆炸、搁浅与碰撞、电池舱火灾、气体阀组单元、舱超压、过充装、逃生路线、全船失电、晃荡、压力温度液位管理
开甲板氨舱 B连接泄漏、舱泄漏、甲板火灾、下方甲板火灾、再液化装置火灾爆炸、危险品靠近、逃生路线、落物、车辆交通、乘客在舱附近、电池舱火灾、气体阀组单元
加注布置舱在货舱内,乘客与货物可同时装卸;MGO 与氨可同时加注,但要保持安全距离;加注站为带通风的围蔽空间,两条管线;舷侧设计承受 −33°C

舱 A 为 C 型,设计压力 6 bar 表压、−33°C,正常工作压力 1 bar 表压。TCS 为 1 区,与舱连接并独立放空。船上有 2×5 MWh 锂离子电池。通风在正常时每小时换气 30 次,探测到泄漏后转应急风量;探测建议值取 5 或 10 ppm,因为乘客在场。登记表把 2.1 项 TCS 空间泄漏判为急需关注:主偏离是 S4-Major 乘 LB-Unlikely 得高,但同一偏离下“氨在通风出口形成更宽的低浓度区、影响乘客观感”这一后果是 S4-Major 乘 LC-Possible,构成极高;3.4 项下方甲板车辆或货物火灾,S5-Critical 乘 LC-Possible,得极高;4.1 项港内岸基加注软管失效,S4-Major 乘 LC-Possible,也是极高。其余条目分布在低到高。

登记表给出的建议编号至少到 78,覆盖 A-60 防火分隔、水雾溶解氨、气体扩散分析、逃生路线与乘客区布局、车辆碰撞防护、电池消防、加注船与客滚船的兼容性研究、途中禁止加注、同时作业情景研究和放空/泄压最坏情景设计。加注对旅客的风险要另做危险识别和扩散分析;甲板舱上方禁止起吊;碰撞和搁浅对舱的完整性要在 IGF 之外按旅客风险再评估;旅客通道不允许敞开的氨管;要做最坏情况的撤离和救助研究。

登记表逐条:编号、原因与风险

附录 XV 把客滚船分成 12 个节点,条目从 1.1 编到 12.1。总布置(1)、燃料准备间(6)、生物燃料(11)与主机(12)四个节点判定为没有识别出新增风险,结论是设计将符合 IGF 与 SOLAS 或按船级社要求执行;其余节点中,有明确风险定级的条目如下。严重度采用 S1 到 S5(Minor 到 Critical),可能性采用 LA(罕见)到 LC(可能)。

编号偏离与主要成因严重度 × 可能性风险
2.1TCS 空间泄漏,首个焊接阀门泄漏S4-Major × LB-Unlikely高
2.2舱泄漏,金属疲劳S4-Major × LA-Rare高
2.3第 3 甲板(货舱上方甲板)火灾,货物起火S3-Moderate × LB-Unlikely中
2.4氨舱后机舱火灾,设备失效起火S3-Moderate × LC-Possible高
2.5再液化装置火灾爆炸,连接件/法兰/密封失效S3-Moderate × LC-Possible高
2.6搁浅或碰撞,燃料舱处所进水S3-Moderate × LC-Possible高
2.7第 108–120 肋位电池舱火灾,热失控S3-Moderate × LC-Possible高
2.9舱超压,操作失误S4-Major × LB-Unlikely高
2.10舱过充装,液位传感器失效S3-Moderate × LB-Unlikely中
2.12全船失电,电气故障或发电机失效使再液化停摆、舱压升高S2-Minor × LC-Possible中
2.13舱内晃荡,船舶运动产生晃荡载荷S3-Moderate × LB-Unlikely中
3.2开甲板舱泄漏,金属疲劳S4-Major × LA-Rare高
3.3甲板火灾,甲板上 IMDG 货物起火S3-Moderate × LC-Possible高
3.4下方甲板火灾,车辆/货物起火S5-Critical × LC-Possible极高
3.5再液化装置火灾爆炸S3-Moderate × LB-Unlikely中
3.9危险货物靠近氨舱,货物起火/爆炸S3-Moderate × LB-Unlikely中
3.10逃生路线区域氨泄漏,乘客暴露S4-Major × LB-Unlikely高
3.14落物打击氨舱S4-Major × LB-Unlikely高
3.15车辆交通损坏氨舱S3-Moderate × LC-Possible高
3.16装卸时乘客在氨舱附近S3-Moderate × LC-Possible高
4.1港内岸基加注,加注软管失效,低温液氨落到水面S4-Major × LC-Possible极高
4.2港内加注船加注,系缆断裂与船体移动拉断软管S3-Moderate × LC-Possible高
4.3港外船对船加注,软管/装卸臂失效S3-Moderate × LB-Unlikely中
5.1甲板加注布置氨泄漏,乘客暴露S3-Moderate × LC-Possible高
7.1主机氨逃逸,曲轴箱内氨S2-Minor × LC-Possible中
7.3双壁管腐蚀/应力开裂,内管失效S2-Minor × LC-Possible中
7.4辅助冷却/润滑系统失效,氨进入辅助系统S3-Moderate × LB-Unlikely中
7.6主机排气爆炸,发动机故障使氨进入排气S2-Minor × LB-Unlikely低
7.7主机 N₂O 与 NOx 排放S3-Moderate × LC-Possible高
7.8缸盖吊装使氨进入机舱S3-Moderate × LB-Unlikely中
7.9机舱内氨释放,主机泄漏S2-Minor × LC-Possible中

表 31 是报告正文对客滚船的风险汇总,按每个节点的危险清单统计,口径比附录登记表的逐条矩阵更宽:燃料舱 A 节点 低 1、中 34、高 72、极高 7;开甲板舱 B 节点 中 5、高 8、极高 2;加注(舱在货舱)节点 低 2、中 16、高 11、极高 12;甲板加注节点 高 1;机舱节点 低 3、中 17、高 8、极高 2;总布置、燃料准备间、通风、安全系统、船舶作业、生物燃料与主机等节点要么没有新增风险,要么未做风险定级、只给改进设计的建议。附录登记表里单列的 2.1 TCS 泄漏、3.4 下方甲板火灾与 4.1 港内岸基加注都落在这些极高计数里,其中 2.1 的“通风出口低浓度区影响乘客”后果与 3.4 在登记表正文里被点名为需要优先关注的极高项;4.1 的 S4-Major × LC-Possible 同样构成极高。

登记表还留了一批没有定级、只给建议的节点。通风节点(8)的四项——TCS 通风、再液化装置通风、双壁管通风与加注站通风——都写明“团队讨论了改进设计的高层建议,未进一步讨论”,建议是研究最坏扩散下的通风排气浓度。安全系统节点(9)里,氨泄压(9.1)要求热泄放与压力泄放按最坏情景设计,气体探测(9.2)和消防(9.3)判定为按 IGC/IGF 与船级社要求执行、消防理念待定,结构防火(9.4)与个人防护(9.5)给出配氨兼容 PPE、洗眼与淋浴设施的建议。这些条目正是概念阶段资料不足、留给后续详细设计的部分。

各船型共用的防护

探测设备要能从低 ppm 的毒性一直覆盖到可燃范围,并按毒性以及爆炸下限、燃烧上限触发报警和关断。每人配备应急逃生用的呼吸和眼部防护,过滤式或自给式,供气时间按风险研究定。潜在暴露区附近的甲板要有气密防护服和标志清楚的洗消淋浴,各种环境温度下都能用。系统做成封闭的:释放的氨用水或吸收剂吸收,含氨水收集后再处理,才能安全排放。居住区所有进风口设毒性探测器,氨的放空口不要把居住区划进毒性区,出入口考虑气锁,救生设备尽量远离毒性区并按最坏排放布置,靠近可能泄漏或起火的一侧要有结构防火,水幕和水雾用来稀释氨云以便逃生。通风先满足 IGF,探测到泄漏后的应急风量要加大,进出风口分开,避免互相串风。放空口与开口的间距应大于 IGF 和 IGC 的要求,并尽量把多个放空集中到一处,位置和高度用多种释放情景的扩散分析来定。灭火介质可以是水雾、抗醇泡沫、干粉或二氧化碳。蒸气释放时喷水能限制扩散,因为氨极易溶于水;不要把水直接喷到大片液氨上,否则液氨会沸腾并迅速蒸发。

研究结论 EMSA 报告第 4 章,表 27 至表 31 与第 4.4 节。危险识别是概念阶段的,部分节点因为资料不够没有评级。极高和高的个数引自报告正文的归纳;节点表与正文合计不完全一致时,以正文归纳为准。

7 · 报告的总体结论(Overall Conclusions)

报告把氨看作能大幅支撑脱碳的候选燃料之一:生产技术成熟,液化气行业已有几十年的运输和操作经验,规则和技术都有基础。但两条前提必须满足:一是用绿氨,这在生产、可持续性、规模和成本上都有挑战;二是把氨当燃料会带来专门的规则、安全预防和人员培训要求。氨能在常压低温或 18 bar 全加压下储存,不需要液化天然气和氢那样的深冷,体积也比氢小;它与农业等领域已有广泛供应,知识和设备都现成。障碍在燃烧侧:氨的燃烧本身不含二氧化碳,但当前制氨主要用天然气或煤,是碳密集的,只有用绿电制取才算碳零。

生产、可持续性与可获得性

  • 绿氨生产识别出五条路径:哈伯-博施法配电解氢、直接太阳能、生物氢,以及非热等离子体合成和电化学合成。哈伯-博施法与其余之间技术成熟度差距大,短期仍由它主导;提效和降本主要来自制氢电解。
  • 绿氨可把井到尾温室气体比灰氨减少多达 91%,比超低硫燃料油和船用轻柴油减少约 85%。二氧化硫、一氧化碳、重金属、颗粒物和多环芳烃也大幅下降,部分接近零。
  • 要盯住氨逃逸、一氧化二氮和氮氧化物。一氧化二氮的水平目前还不确定,要靠主机继续开发才能确认。用氨的燃料电池排放更低,但固体氧化物路线因成本和可靠性还差几年。
  • 当前绿氨产能很低。到 2040 年,可再生能源的预期可用量在航运是唯一需求方的前提下足以供应全球船队,但汽车、航空、建筑和供暖等也来争绿电,航运面临强竞争。已宣布的绿氨和蓝氨产能合计超过每年 1.3 亿吨。制氢需要纯水或去离子水,会增加水资源压力;海水淡化只增加不到 5% 的燃料成本。

技术经济与法规

  • 到 2030 年,计入碳价后,绿氨船的总拥有成本约为常规燃料船的 2.5 至 3 倍,蓝氨约 1.5 倍。到 2050 年,因制氨成本下降、氨系统资本开支降低和化石燃料碳价上升,差距可能收窄,但仍取决于全球燃油价格。
  • 没有政策弥合绿氨与传统燃料的价差,未来十年很难发生切换。欧盟的「fit for 55」是区域框架,但航运是国际行业,仍需国际层面的脱碳政策,否则投资分布会不均。
  • 法规缺口是主要障碍:氨作为燃料在国家、区域和国际层面都缺规则。在过渡期,可以用基于风险的「替代设计」程序审批,船级社也已推出暂行规则,但仍需协调统一。
  • 报告给出的工作方向包括:审查国际散装液化气体船舶构造与设备规则使其与使用气体或其他低闪点燃料船舶安全规则更协调,并考虑允许燃烧有毒的氨货物;支持制定氨燃料暂行指南;修订防止船舶造成污染公约附则六和氮氧化物技术规则以便按能效和氮氧化物规则审批发证;为氨和一氧化二氮设排放限值;请国际标准化组织制定氨燃料标准以及接头和加注标准;推动国际船级社协会完善机械设备的统一要求和风险评估指南。

风险方面的总体判断

  • 主要关切仍是毒性和气体扩散:氨本身比空气轻,但极易溶于水,与空气中的水汽立刻反应后变重,可能贴地不易散开,所以必须按每个项目做专门的扩散分析。
  • 氨有一定腐蚀性,干燥液氨中氧含量超过几 ppm 会促使钢的应力腐蚀裂纹。行业惯例是加 0.1 至 0.2% 的水来消除杂质影响,并保持正确的吹扫程序、隔绝氧气。
  • 把氨作燃料会成倍增加船上接触氨的次数,尤其是加注。低位热值低会导致续航短、挂靠多或船更大,可能加剧港口拥堵,靠泊前要与港口当局多做研究。
  • 防护要点:封闭系统吸收任何释放并收集含氨水,探测覆盖从低 ppm 毒性到可燃范围,居住区所有进风口设毒性探测,放空口位置和高度用多种释放情景的扩散分析定,水幕和水雾稀释氨云,每人配备逃生用呼吸和眼部防护,近暴露区设洗消淋浴。灭火可用水雾、抗醇泡沫、干粉或二氧化碳,但不要把水直接喷到大片液氨上。

研究结论 EMSA 报告第 5 章与表 33 的观察汇总。

本页覆盖范围

适用性写到储存、供气、燃烧循环和燃料电池。法规写的是 2023 年缺口,以及 2025 年 MSC.1/Circ.1687 的适用范围。风险写的是超大型油轮、散货船两个布置和客滚船的概念危险识别,客滚船一节按四个节点概括了登记表。总体结论一节按生产、可持续性与可获得性、技术经济与法规、风险四个面向概括了报告第 5 章与表 33。登记表的逐条建议见 资料库 所列英文原文。