氢能助力船运业加速脱碳

专家指出，随着燃料电池技术持续突破和相关配套设施不断完善，氢能船舶或将推动船运业加速脱碳。

近年来，随着减排压力增大，船运业开始对氢燃料寄予厚望。近日，世界首艘氢动力拖船在比利时投入运营，此前不久，国内首艘内河氢燃料电池动力船“三峡氢舟1号”也在湖北宜昌水域顺利完成首航。值得关注的是，除了零碳环保，氢能作为船舶动力还具备续航里程长、动力稳定可靠等多项优势。

在近日举办的2023世界氢能青年科学家论坛上，与会专家指出，随着燃料电池技术持续突破和相关配套设施不断完善，氢能船舶或将推动船运业加速脱碳。

加速脱碳刻不容缓

据中国船舶第七一二研究所经营计划部部长曾辉介绍，2018年4月，国际海事组织通过全球首个航运业温室气体减排初步战略，计划到2030年碳排放强度降低40%，到2050年降低70%，碳排放总量降低50%，于本世纪内尽快逐步停止海运温室气体排放。

“船运业碳排放量占全球人为活动排放总量的比重已逼近3%。国际海事组织预警称，如果控制措施不及时落实，预计全球船舶碳排放量在2050年将飙升150%—250%，占比增至18%。”曾辉指出。

巴拉德动力系统公司应用技术总监唐涛认为，氢的高能量密度和长存储能力，让真正的零排放船舶动力成为可能。

与此同时，氢能船舶应用也成为我国“双碳”目标实现的重要减碳应用和发展方向。大连海事大学教授孙俊才指出，我国交通领域能源消耗占整个能源消耗的22%，航运业造成的环境污染问题日益严峻，国家近年出台多项法律法规，对船舶排放提出更加严格的要求。如2018年实施的《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》，提出大幅限制颗粒物、氮氧化物、二氧化硫污染排放；2019年实施的《关于印发船舶大气污染物排放控制区实施方案的通知》，提出全面扩大我国沿海和内河水域船舶大气污染物排放控制区范国。

2025年市场规模将达百亿元

根据德国劳氏船级社的市场研究报告，全世界范围内，船舶用燃料电池的市场容量大约有160吉瓦。欧盟专家组认为，到2025年，欧盟成员国中将有2%的船舶使用氢能产品。

在唐涛看来，燃料电池集合了内燃机和电池的优点，与纯电动船舶相比，加氢时间比充电更短，加氢一次可以航行更长距离，因此在长距离航行领域，氢能船舶可以实现对部分纯电动船舶的替代；燃料电池还能够提供稳定可靠的动力，适用于较大的船舶；同时，燃料电池具有可扩展性和模块化特性，可满足船舶的电力需求，灵活的配置还可以适应船舶空间的限制。

在燃料电池的维护与保养方面，氢能船舶同样具备优势。唐涛指出，燃料电池船舶的保养比柴油机船更加简单方便，主要分小保养和大保养，小保养在两年之内，成本不是很高，大保养的时间与燃料电池电堆寿命相关，通常在五年左右，燃料电池电堆成本正持续下降，这意味着五年之后更换燃料电池电堆的成本也将随之下降。

同时，氢能船舶的减碳能力也不容小觑。以“三峡氢舟1号”为例，因其使用的氢气主要来自三峡水力发电，属于真正的绿电制氢，预计每年可替代燃油103.16吨，减少二氧化碳排放343.67吨。

氢能船舶的多重优势也大大提升了市场预期。目前，国内各省市2025年氢能船舶规划数量约200艘。根据交通运输部统计数据，截至2021年底，全国拥有水上运输船舶12.59万艘，以2025年改造1%、新建2%估算，预计2025年氢燃料电池系统船舶数量约500艘，全产业链市场规模将达百亿元。

需持续进行技术突破

值得关注的是，与氢能车辆相比，氢能船舶面临不同的运行环境，对燃料电池系统的要求更高，因此需要进行持续的技术突破。

唐涛表示，氢能船舶是一个很大的集成，里面包括电堆系统、燃料电池模组、锂电池等，同时需要能量管理系统把锂电和氢燃料电池配合连接起来，还需要探索不同方式的储氢。

孙俊才则指出，各类船舶对其动力系统和辅助电力系统要求不同，因而氢燃料电池的选择与船舶类型和用途相关。在内河船舶场景，氢燃料电池适用于有长续航需求的千吨及以下货船与客船；在沿海船舶场景，氢燃料电池可利用海上风电直接制氢，不仅可以解决海上风电的消纳问题，还可以解决氢能沿海船舶的氢源问题；在远洋船舶场景，氢燃料电池则可作为大型远洋船舶的辅助动力系统。

对应不同应用场景，氢能船舶加注氢燃料也有不同方式。曾辉表示，可行的氢燃料水上加注模式总体上可分为五类，包括岸站-船加注、氢气长管拖车-船加、趸船-船加注、船-船加注、氢燃料罐整体更换等。

面对船舶高湿、高盐度的应用环境，氢的加注与储存面临挑战。“燃料储存以气瓶为主，存在占体积大、重量大的问题；高压气瓶以及各种管道连接阀门等缺乏海洋环境下的技术研究和时间考验。”孙俊才进一步强调，对氢能船舶来说安全要时刻放在第一位。“船用气瓶数量多，加氢储氢问题以及对应的安全问题不可忽视；海洋盐雾，船舶的摇荡等都是影响燃料电池船舶环境适用性的因素，对此，氢气罐的放置位置、环境，加注方式和加注技术，出现危险情况的处置方式和规范等都需要进一步完善。”