能源︱航運業的燃料之爭，為什麼氨能在減碳之路上脫穎而出？
2024年11月04日(優分析產業數據中心)
目前，全球航運業最主要使用的燃料是重油（Heavy Fuel Oil, HFO），這是一種高硫、低價的燃料，長期以來是航運業的首選。
重油在價格上具有競爭力，且能量密度高（同樣重量的燃料能提供更多的動力），但燃燒過程中會釋放大量的二氧化碳（CO₂）、硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）等污染物，對環境造成嚴重污染。隨著各國對環保要求的提升，航運業開始尋找更清潔的替代燃料。
*參考文章：能源︱馬士基跨越太平洋的綠色旅程，揭開航運業的燃料革命
為了減少污染排放，行業逐漸轉向低硫燃油（VLSFO）和超低硫柴油（ULSD），這些燃油在減少硫氧化物排放上有明顯效果，但在二氧化碳減排上仍然不足。此外，液化天然氣（LNG）成為另一個受歡迎的過渡選擇，雖然LNG可以減少約20-30%的二氧化碳排放，但還無法達到零碳排放的要求。
因此，低硫燃油和LNG僅能作為短期的過渡選擇，無法滿足長期的碳中和需求。
有哪些替代燃料方案？
隨著國際海事組織（IMO）設定的2050年碳中和目標，航運業需要從「部分減碳」的燃料轉向真正的零碳燃料，才能達成長期減碳的要求。
航運業的零碳替代燃料選擇主要包括氨、氫氣、合成燃料和燃料電池技術。這些燃料在使用過程中不排放碳，但每種替代燃料都有其挑戰，包括成本、安全風險和基礎設施需求。
從圖中可以看出，如果氨和合成燃料使用可再生能源來生產，它們可以達到100%的碳減排效果，具備真正的碳中和潛力。氫氣和燃料電池也能提供零排放的潛力，理論上所有這些燃料都可以實現碳中和。
為什麼選擇氨？
在眾多替代燃料中，氨（Ammonia）被視為較具實際應用潛力的選項之一，即便它具有毒性和一定的安全風險。與氫氣、燃料電池和合成燃料相比，氨的優勢主要表現在以下幾方面：
１. 碳中和潛力
氨、氫氣、燃料電池和合成燃料在理論上都能達到零碳排放，因為這些燃料在使用過程中不會排放二氧化碳。然而，氨具備更直接的碳中和特性：氨不含碳，燃燒時完全不產生二氧化碳。
合成燃料（如合成柴油或甲醇）在燃燒時仍會排放二氧化碳，需通過可再生能源和二氧化碳捕集技術來實現碳中和，生產過程更為複雜。
相比之下，氨不需要這類附加技術，更直接、簡便地達成零碳目標。
２. 儲存與運輸便捷性
儲存和運輸是航運燃料選擇的關鍵因素。
氫氣需要極低溫（約-253°C）或高壓環境儲存，這對於遠洋航運來說非常不便，也增高了成本。
燃料電池技術目前多依賴氫氣作為燃料，因此儲存和運輸的挑戰與氫相似，需專門設施支持，尚不適合廣泛航運需求。
合成燃料的儲存和運輸方式與傳統燃料類似，但因其製造過程成本高，且基礎設施尚未完善，應用仍受限制。
氨在常溫下以液態儲存、僅需低壓，比氫氣便於操作，並能在經過改造的LNG儲存設施中使用，轉換成本相對較低，適合長途航運。
３. 生產技術和基礎設施成熟度
雖然氨和合成燃料都能以可再生能源製造，但氨的生產技術相對成熟，已在工業化生產中廣泛使用，全球每年產量超過1億噸，主要用於化肥製造。因此，氨的供應鏈和基礎設施相對穩定且完善。
電子甲醇（E-Methanol）的生產需要將氫氣和二氧化碳結合，製造過程相對複雜，並且成本較高。
燃料電池的氫氣來源依賴於綠氫（可再生氫氣）的生產，而氫供應鏈仍需大量基礎設施投資。
合成燃料則需依賴二氧化碳捕集技術來達成零碳，基礎設施建設和生產成本較氨高，產業鏈尚不成熟。
４. 相對經濟性
氫氣和燃料電池技術成本高昂，不僅製造成本高，還需專門儲存和運輸設施。合成燃料的製造需消耗大量可再生能源生產氫氣，再將氫氣與二氧化碳合成，製造成本更高。
相較而言，氨的生產和運輸成本較低且技術成熟，使其更具經濟可行性。隨著需求增長和技術進步，氨的生產成本有望進一步下降，因此對航運業更具吸引力。
總結來說，氨因其碳中和達成的直接性、儲運便捷性、基礎設施成熟度及相對成本優勢，被認為是航運業中最具實際應用潛力的零碳燃料選擇。
氨燃料的潛力與挑戰
近期，澳洲大型散裝港口完成了首次船隻間的氨轉運測試，這項試驗是氨作為船用燃料的一項重要進展。
*參考文章：運輸｜大膽嘗試：全球首次船舶氨氣轉運成功，氨氣加注樞紐搶先看！
然而，儘管零碳氨具備減碳潛力，但在普及應用上仍需克服數項障礙：
● 安全風險與控制措施
氨燃料的毒性問題是主要挑戰之一。氨具有腐蝕性，對人體有毒，接觸或吸入可能導致急性中毒，對皮膚、眼睛和呼吸系統有害。日本三井OSK航運公司指出，加注過程和燃料儲存的洩漏風險是使用氨燃料的主要隱憂，因此必須高度謹慎。
根據新加坡全球海事脫碳中心（GCMD）的一項研究，氨加注過程中辨識出約400項潛在風險。
上圖展示了氨與其他燃料在減碳潛力、安全性和基礎設施需求上的對比，說明氨在減碳效益上的優勢，但安全性和基礎設施需求較高。
為防止洩漏及毒性風險，控制措施包括「緊急釋放聯結器」等技術，以在洩漏時迅速關閉系統。此外，氨若洩漏入水比石油洩漏更難控制，因為氨會迅速擴散到空氣中，需特別的應急計畫應對。
新加坡正計劃制定氨加注標準，以保證全球航運安全。
*參考文章：能源｜SIEW 2024：新加坡替代燃料新標準及區域電力合作
● 高昂成本與市場前景
氨的成本是另一個阻礙因素。目前氨的價格是傳統重油的兩到四倍，這主要是由於供應不足及其能量密度較低。氨的能量密度約為傳統燃料的40%，意味著船隻需要攜帶更多燃料或更頻繁地加注，進一步提高運營成本。此外，氨引擎還需額外維護，因其具有腐蝕性。
上圖中，展示了不同替代燃料的市場使用現狀。從圖中可以看出，LNG是目前使用最廣泛的替代燃料，而氨和氫氣的市場佔有率幾乎可以忽略不計。
多數航運業者目前尚不願投資氨燃料船隻，例如鐵礦石生產巨頭力拓公司雖在其運營的澳洲丹皮爾港口完成了氨轉運測試，但因風險尚未完全掌握，仍不急於訂購氨燃料船。
截至2024年，全球僅訂購了25艘氨雙燃料船，相較之下，LNG雙燃料船已有超過700艘，甲醇雙燃料船則有超過60艘。當前在役的氨燃料船隻僅兩艘，其中包括一艘位於日本的拖船。這反映出氨燃料目前的市場接受度較低，但也展示了未來發展的潛力。
儘管成本和安全性挑戰顯著，美國船級社（ABS）預測，到2050年，氨燃料可能會占船舶燃料市場的三分之一。不過，目前的行業共識是，需等到氨燃料的所有風險被充分管理後，才會更廣泛推向市場。
整體而言，零碳氨在航運業的推廣面臨重重障礙，但隨著全球對減碳的需求不斷增加，業界將持續關注氨燃料的發展，期望在技術和政策層面找到突破口，實現更安全、經濟的航運燃料轉型。
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