浅谈严格环保要求下的船舶减排对策

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　　摘    要：氮氧化物NOx排放TIER III标准已于2016年1月1日正式生效。同时，2020年全球限硫0.5%令迫在眉睫、EEDI PHASE II的适用临近、以及PHASE III可能在2022年提前生效，这一系列规则给船舶行业带来了新的挑战，在日益严格的环保要求下船舶行业该如何应对，本文特做一探讨。
　　关键词：NOx TIER III标准;全球限硫0.5%;EEDI
　　中图分类号：U673.2                                  文献标识码：A
　　Abstract： The TIER III standard for NOx emissions has come into effect on January 1， 2016. At the same time， the global sulfur limit of 0.5% in 2020 is imminent. the application of EEDI PHASE II is approaching， and EEDI PHASE III may take effect in advance in 2022. This series of rules bring new challenges to the shipping industry. How should the shipping industry deal with the increasingly stringent environmental requirements is discussed in this paper.
　　Key words： NOx TIER III standard; Global sulfur limit 0.5%; EEDI
　　随着国际公约对船舶排放要求的日益严格以及一系列新的排放标准的生效，船舶行业面临着前所未有的挑战。本文针对船舶氮氧化物、硫氧化物、温室气体排放等面临的挑战及可选择的应对措施作一分析。
　　1    对船舶氮氧化物的排放要求及应对措施
　　2016 年1月1日排放控制区氮氧化物排放标准IMO NOx Tier III 正式生效。在此之后建造的新船行驶至排放控制区（北美洲与加勒比海）时均需满足Tier III 的要求。当前符合Tier III 排放要求的现有技术有：选择性催化还原系统（SCR）、废气再循环装置（EGR）、替代燃料（如LNG）等。
　　1.1  选择性催化还原系统（SCR）
　　选择性催化还原系统（SCR）是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3）有选择性地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。在SCR脱硝过程中，通过加氨可以把NOx转化为空气中天然含有的氮气（N2）和水（H2O）。
　　本方法的优势是首次安装成本较低、能够适用于大多数主机，全球已有许多安装案例。但本方法由于要消耗尿素，运行成本较高，以及主机处于低负荷时不能有效减少氮氧化物的排放。
　　1.2  采用废气再循环装置（EGR）
　　廢气再循环装置（EGR）是将部分废气重新引入气缸与新鲜空气混合，因废气中含有氮气和二氧化碳等类似于惰性的气体使燃烧减慢，进而降低NOx的生成和排放。
　　本方法优势是能够节省空间、运行成本较低，但存在首次安装成本较高、燃烧效率降低、船舶需要储存碱且保证持续供应等缺点。
　　1.3  使用LNG等燃料动力系统
　　LNG是业界普遍看好的替代燃料，根据我国交通运输部水运科学研究院对已有LNG船的排放监测结果显示，在不同的工况和同等主机功率下，LNG船的排放数据均低于同等功率的柴油机动力船，其尾气排放含有的氮氧化物、硫氧化物以及固体颗粒分别降低87%、92%和98%，且CO2 排放量比柴油机动力船降低26%。但LNG并非是完全不对大气造成任何污染的完美燃料，LNG不完全燃烧会释放出甲烷，由此带来的温室气体效应是CO2 的近30 倍。
　　2   对船舶硫氧化物的排放要求及应对措施
　　船舶柴油机使用的燃油燃烧会释放出硫氧化物（Sox），容易形成酸雨对植物产生破坏。 2005年5月19日生效的MARPOL 73/78公约对柴油机硫氧化物排放提出了限制标准。近年来，硫氧化物排放控制区不断扩大、控制标准逐渐提高，已成为包括炼油厂、燃油供应商、船舶设计制造单位及各航运公司在内的整个船舶行业产业链面临并亟待解决的重大课题。目前，硫氧化物排放控制区包含北美、加勒比地区、波罗的海和北海地区，在上述区域行驶的船舶需满足0.1%的硫排放要求。按照IMO的规定，到2020年全球范围内船用燃油的含硫量质量分数从目前的不超过3.5%降低至不超过0.5%。
　　我国交通运输部发布的《船舶大气污染物排放控制区实施方案》要求自2019年1月1日起，海船进入排放控制区应使用硫含量不大于0.5%的船用燃油;并适时评估船舶使用硫含量不大于0.1%的船用燃油可行性;确定是否自2025年起，要求海船进入我国沿海排放控制区应使用硫含量不大于0.1%的船用燃油。
　　全球0.5%限硫令2020年1月1日起将正式实施。对此，船东可选择的应对措施主要有三种。
　　2.1  当前暂不采取任何措施，等至2020 年开始使用低硫油
　　这一选择的优势在于不用前期投资，但可能面临低硫燃油供不应求及燃油成本升高的风险。随着2020年即将到来，根据普氏能源和台湾某炼油商初步预测数据显示，含硫量3.5%船用燃油与含硫量0.5%燃油之间的差价预计在40～104美元/吨。如果最终两种含硫燃油差价落在40美元左右，那么使用低硫油来满足限硫令无疑是具有很大的经济优势。 　　2.2  安装船舶尾气脱硫装备
　　目前很多新船船东在签约时都会将安装脱硫塔作为标准规格要求，已签约处于设计中或在建船的许多船东也在向船厂提出追加脱硫塔或者预留以后改造空间的要求。但目前全球成熟可靠的脱硫塔厂家稀少，在技术和可靠性上都有待进一步验证，市场呈现出供不应求现象，难以满足大部分船舶的交货期要求。
　　脱硫塔安装改造成本较高。据权威机构调查，以VLCC船为例，新造船时安装脱硫设备的成本大约为四百万美元，而老旧船改造的安装成本大约在400 ～ 800万美元之间。因此，对于超过15 年的老旧船舶，考虑到其安装脱硫设备的巨大改造成本，很可能会提前被淘汰。但安装脱硫设备的优势是后期运营成本低，可使用更加便宜的高含硫燃油。
　　2.3  使用LNG等替代燃料
　　LNG储罐会占用船舶装载空间、降低船舶货运能力。虽然LNG燃料是新环保要求下控制硫氧化物排放的重要解决方法，但其发展速度仍比较缓慢，主要原因是船用LNG燃料加注站及加注配套设施不足。截至目前为止，全球范围内已经建成的LNG加注网点约有60个，主要分布在欧洲、新加坡、中东和加勒比海等地。
　　我國已建成18座船用LNG加注站，但投入运营的仅有6座，其中5座集中在江苏境内。因加注站数量不足且布局集中，在实际运营中船东要提前估算好船舶燃料里程，确保在需要加注燃料前到达加注站，这势必会影响船舶运营航线的灵活性以及船期的计划性。
　　3   对船舶温室气体排放要求及应对措施
　　在2008年召开的海事环境保护委员会第58次会议上，将新造船CO2设计指数改为新造船能效设计指数（EEDI）。从2013年1月1日起，所有400 GT及以上的国际航行的新造船必须强制执行EEDI标准。根据MARPOL附则VI-REG 21，新造船EEDI要求值以同类型船舶基线值为基准，根据不同的实施阶段引入不同的基线值折减率，从而使EEDI要求值不断降低。EEDI设计指数折减标准分为四个阶段，各个阶段生效日期及折减率见表1。
　　目前EEDI尚处于PHASE I阶段，现有船舶基本都能满足此阶段设计指数要求.但根据评估，以当前建造船舶的EEDI水平为参照，油船、散货船、集装箱船三大主力船型满足2020年即将生效的PHASE II比率分别为23%、5%和10%，而面临更加严格的PHASE III要求，则挑战更大。
　　2018年5月举行的国际海事组织海洋环境委员会第72次会议，通过了航运业首项温室气体减排战略。该战略的愿景是至本世纪中叶，全球航运业温室气体排放量与2008年相比降低50%以上，而最终的目标是实现零碳排放。对于船舶业来说，如何降低EEDI数值以满足不断严格的碳排放要求是亟需解决的重要课题。
　　通过EEDI的计算公式可知，航速、装载能力、功率、燃油消耗等因数是影响碳排放EEDI数值的关键参数。从这几个方面考虑，降低EEDI指数可采取如下方法：
　　3.1  降低航速
　　降低航速会产生相应的弊端：一方面，在运输总量一定时，航速降低会导致运输船舶数量增加，降低了运输周转效率，变向导致了温室气体排放总量增加;另一方面，降低航速会直接影响船舶营运指数，降低我们在船东选择船厂时的竞争力。
　　3.2  增加载重量
　　对于散货船和油船，在船舶共通结构规范（HCSR）已生效的背景下，空船重量的控制在设计上已无过多的优化空间。在此背景下，增加载重量势必要增加船舶主尺度，进而增加空船重量，因此需要进行双向权衡。
　　3.3  降低主机功率
　　降低EEDI的主要方法是通过降低主机功率来实现。但为了确保船舶在发生事故的应急状态下仍然具备迅速机动的能力，规范对主机最小功率提出了最低的限制要求。根据当前主流船型能效指数的研究成果表明，面临2020年左右生效的PHASE II排放要求，降低主机功率不能解决问题;
　　3.4  使用新型燃料
　　新型燃料包括LNG、风能、生物燃料、电池技术等。其中，风能和生物燃料的应用尚处于起步阶段，距离技术成熟还有许多问题需要解决;电池技术虽然已在汽车、铁路等领域广泛应用，但由于船舶运输的超大装载量、超远航程以及海上航行等因素限制，电池续航能力、沿途充电点布置等目前都难以满足船舶航行需求;而LNG燃料是最具有可行性的解决方案之一。
　　3.5  优化涂层技术
　　船舶水下外板表面粗糙度会影响船舶航行阻力，较高的粗糙度会增加航行阻力，从而导致主机利用率降低、油耗上升。通过优化涂层技术，如使用低摩擦防污漆来降低船舶阻力，进而减少能耗。
　　3.6  开发更加节能的船型
　　目前已有研究机构正在开发非对称型的船尾，通过优化尾部船体形状调整流场，进而减小船舶的阻力、提高推进效率。另外，可以替代钢板的轻型材料以及复合材料的研发应用，也将成为未来解决方案之一。
　　4  小结
　　目前全球船队总计约20亿DWT，其中15年以上船龄老旧船约3亿多DWT。面对环保要求带来的成本上升压力，这些老旧船舶可能面临提前拆解的命运。同时，为了满足越来越严格的新规要求，新造船的设计和制造成本将更加高昂，不但提高了船东的经济成本，同时也会压缩船厂的利润空间。
　　对于船舶建造和运营企业来说，面对日趋严格的环保要求，选用何种船舶减排对策固然面临选择之难，但无论如何这些法规势在必行，船舶行业必须提前研讨对策。
　　参考文献
　　[1] 谭松. 环保新要求如何影响新造船市场[J]. 中国船检， 2018（06）.
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