近期的重點報告把碳捕獲和儲存（CCS）列為實現聯合國全球減排目標的關鍵所在，而二氧化碳（CO2）的海上運輸越來越成為去碳化鏈條中的重要環節之一。通過船舶高效運輸CO2將為這個數量龐大、但有時也帶來問題的副產品打開新的產業市場。

“Northern Lights”項目背后有兩大主要動力，該項目也是挪威實現全面CCS倡議的一部分。項目從奧斯陸峽灣地區的水泥生產廠和垃圾發電廠中捕獲CO2，并將液化的CO2從這些廠址運輸至挪威西海岸的陸上終端站。在那里，液態的CO2將通過管道輸送至北海的海底儲存點永久儲存。

“因為管道并不能提供CO2運輸的全部解決方案，我們需要了解如何讓CO2海運發揮作用”，Northern Lights項目航運負責人Frank Ollerhead表示，“該倡議旨在為CO2海運提供可行且必需的解決方案。”

可用于CCS的船舶

“Northern Lights”是挪威國家石油公司、殼牌和道達爾之間的合作項目，由DNV GL提供技術支持。

“用于‘Northern Lights’項目的船舶規模相對較小，班期緊湊”，Ollerhead說，“為此，我們決定在方案中采用成熟的技術，而不依靠研發。大部分技術已經存在。我們現在要做的是整合成一個實踐方案。”

Ollerhead說，項目希望設計的船型盡可能符合EEDI第三階段。“我們希望船舶能盡可能綠色，但我們并沒有為其開發新的綠色技術”，據他介紹，液化天然氣（LNG）和雙燃料都是考慮中的燃料選項，而電池可提供最多45分鐘的操控動力。“這些基本都是標準化船型，配備新的維護液艙和電池。盡管減少的CO2排放量看起來不多，但利用電池提高能效是符合潮流的特色。”

Northern Lights——全鏈示意圖

左列：CO2捕獲，液化CO2

         從工廠中捕獲

         壓縮并臨時儲存

中列：運輸，液化CO2運輸船

         船舶運輸壓縮的CO2

右列：永久儲存，液化CO2、液化CO2

         接收并永久儲存CO2

         通過海上管道輸送

         永久儲存在液庫中（海平面以下約3000米）

Northern Lights

Northern Lights項目包括船舶運輸、岸上儲存、管道運輸至海上注入井，并且將CO2注入海底儲存綜合體

來源：挪威CCS項目

制定經濟方案

DNV GL海事的高級主任驗船師、氣體船船型專家Magnus Lindgren介紹，相比管道，船舶解決方案在標準化設計中引入高壓低溫的貨物維護系統，有助于降低成本、提升經濟性。

“標準尺寸是船舶經濟性的前提條件，但在本案例中，液艙的設計可承受超高壓力。這就需要高強度材料”，Lindgren解釋，與項目伙伴的合作過程中，重點在于液艙材料的審批，其中采用了與標準船型相容的設計。一旦液艙使用了高強度材料，其疲勞屬性可能變得至關重要。設計團隊已經考慮了這些屬性，以確保滿足規則中要求的安全等級。

Lindgren指出，決定在Northern Lights項目中采用單體大直徑C型液貨艙的決定改善了液體CO2運輸船的經濟性，并補充說，當應用于液化石油氣（LPG）運輸的船舶時，這種液貨艙設計提供了相對較高的容積利用率。

“貨物維護系統是新的，但船舶仍然基于成熟的船型設計”，Ollerhead說，“我們選擇了一種經濟型的設計方案。它在一定程度上超出了標準，傳統來看是一種成本驅動因素，不過船舶的經濟性仍然很好。”在項目合作伙伴的資助下，DNV GL于2019年10月完成了Northern Lights項目中液化CO2所需的新型C型貨物維護系統的入級前評估。

Northern Lights——項目地圖

左上：位于北海的海底儲存位置

左下：Northern Lights聯營體處理運輸和儲存

中：位于接近卑爾根的Naturgassparken的陸上設施

右上：Fortum Oslo Varme垃圾發電站

右下：Norcem水泥廠

為適應CO2運輸對液罐設計的關鍵修改

為了液化二氧化碳（在大氣壓下直接在氣態和固態（干冰）之間升華），其溫度必須保持在零下50°C左右，壓力為7 bar （和LPG貨物維護系統一致）。經DNV GL批準的液化二氧化碳維護系統降低了制冷要求，可在零下30°C范圍內實現營運設計溫度。這樣就要求C型罐能承受19 bar的更大壓力。

高密度貨物、高設計壓力和大罐徑的結合需要有創新解決方案，以滿足液貨艙的強度要求。設計修改不僅包括在若干位置加強C型液罐設計，而且還在利用較大撓度降低液罐內動態應力的位置處采取了軟化設計。

這些船舶的設計足以承受滿載航行的壓力積聚以及液態CO2的腐蝕作用。所選擇的設計采用更優質的鋼材替代壓力容器的標準低溫鋼，在滿足液罐安全要求的同時，也協調了液罐制造經濟性的需求沖突。

穩健方案保障安全

液罐方案的設計旨在適應液體CO2在裝載和卸載階段的物理特性。要特別注意控制可能形成干冰的壓力下降，干冰會對液貨泵產生磨損。液罐的設計也能承受滿載和空載航次之間的壓力變化，以及滿載時液體的加速載荷。

設計和選材中采用了能承受更高極限載荷并確保抗斷裂性的高強度屬性材料。“在設計得到入級前批準之前，記錄液罐設計的安全性是一項關鍵衡準。這需要不厭其煩的測試，以確保材料能滿足針對疲勞裂紋發展的安全要求”，Lindgren介紹。

結論是，該設計能夠承受動態載荷，并且不超過可能導致疲勞裂紋擴張的應力水平。2019年11月，挪威國家石油公司獲得了DNV GL確認設計批準的GASA聲明。

Northern Lights：管窺宏大的CCS計劃

工業規模的CCS被確定為實現巴黎聯合國氣候變化大會1.5°C目標的解決方案的一部分。“除了有助于實現聯合國的目標外，利用船舶轉移CO2的更大效果是讓利益相關者能與能源鏈以外的公司打交道”，Ollerhead堅持認為。

“CO2已經用于其他工業應用，在運輸方面，它與液化氣貿易類似。液罐技術已經用于食品行業的船舶。我們只是采用了更厚的液罐和更低的溫度。”

在Northern Lights項目中，全面開展船舶運送CO2具有很高的價值，Frank Ollerhead證實，“例如，碳中和水泥生產的潛力將促進投資決策。隨著該項目解決方案的不斷開發，船東能看到潛在的新市場，為通向其他產業打開了大門�？傮w來看，目前是引入這項技術的好時機。”