圖源/三菱重工

隨著“零碳意識(shí)”的加強(qiáng)，對(duì)于工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳的捕集、存儲(chǔ)成為各行業(yè)的要?jiǎng)?wù)，海事界對(duì)液態(tài)二氧化碳(LCO2)運(yùn)輸船的關(guān)注也提升到了前所未有的全新高度。而為滿足綠色航運(yùn)需求，很多綠色技術(shù)也應(yīng)用其中。

迅速進(jìn)入大型化陣列

2024年4月，中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司旗下大連船舶重工集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱大連造船)為殼牌(Shell)、道達(dá)爾能源(Total Energies)和Equinor聯(lián)合成立的合資公司北極光(Northern Lights)建造的全球首制7500立方米LCO2運(yùn)輸船1號(hào)船、2號(hào)船出塢。正式交付后，兩船將應(yīng)用于歐洲二氧化碳捕集及儲(chǔ)存計(jì)劃，收集歐洲工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳，運(yùn)至挪威西海岸地區(qū)二氧化碳接收端碼頭加以處理后，注入海底地下2600米處永久封存。

繼Northern Lights在大連造船訂購(gòu)2艘7500立方米LCO2運(yùn)輸船后，2023年9月和12月，大船海工再獲2艘分別來(lái)自Northern Lights和貝仕集團(tuán)(Schulte Group)的同型船訂單。作為全球首批專業(yè)服務(wù)于海上二氧化碳運(yùn)輸與碳捕集及存儲(chǔ)業(yè)務(wù)的船舶，這些運(yùn)力將為解決陸地二氧化碳排放做出積極示范。

上述4艘7500立方米LCO2運(yùn)輸船由大連造船自主設(shè)計(jì)完成，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總長(zhǎng)約130米、型寬21.2米、結(jié)構(gòu)吃水8米，配置由江蘇華滋能源工程有限公司(簡(jiǎn)稱華滋能源)自主研發(fā)的中壓低溫獨(dú)立C型貨罐，單罐艙容3750立方米，設(shè)計(jì)壓力19barg，可耐零下35攝氏度低溫，滿足船舶在北歐寒冷地區(qū)的航行需要。華滋能源采用實(shí)體有限元單元對(duì)貨罐進(jìn)行疲勞分析，此外聯(lián)合相關(guān)企業(yè)開(kāi)發(fā)專用高強(qiáng)鋼板和配套焊接材料，精心制定的焊接和熱處理工藝滿足了相關(guān)船級(jí)社對(duì)裂紋尖端張開(kāi)位移(CTOD)值的最嚴(yán)苛要求。該型船舶主機(jī)配置液化天然氣(LNG)與船用輕柴油(MGO)兩種燃料，高壓燃?xì)夤��?yīng)系統(tǒng)(FGSS)配套主甲板布置的2個(gè)250立方米LNG燃料罐以滿足綠色低碳航行需求，船舶硫氧化物和氮氧化物排放水平也滿足能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)第三階段要求。

除可使用清潔能源外，融入清潔技術(shù)解決方案也是一種可以最大限度實(shí)現(xiàn)船舶綠色航行、降本節(jié)能的途徑。據(jù)悉，這4艘船舶除裝有空氣潤(rùn)滑系統(tǒng)外，還配備由挪世航力(Norsepower)研發(fā)的筒轉(zhuǎn)帆。

除了為7500立方米LCO2運(yùn)輸船設(shè)計(jì)的貨罐，華滋能源還成功開(kāi)發(fā)了更大艙容的低壓貨罐解決方案，例如12000立方米雙葉貨罐和30000立方米貨罐已獲船級(jí)社頒發(fā)的原則性認(rèn)可(AiP)證書(shū)。華滋能源去年還與相關(guān)方簽訂大型LCO2運(yùn)輸船液貨艙用特種材料研發(fā)協(xié)議，通過(guò)材料研究、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、焊接工藝突破等基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)，為20000立方米、40000立方米、80000立方米等各尺度船舶提供可行的關(guān)鍵儲(chǔ)運(yùn)貨艙方案。

而大型LCO2運(yùn)輸船市場(chǎng)正是一個(gè)全新且競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)的領(lǐng)域。

去年年底，大連造船在第21屆中國(guó)國(guó)際海事技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議和展覽會(huì)上正式發(fā)布12000立方米及20000立方米LCO2運(yùn)輸船船型設(shè)計(jì)，并獲船級(jí)社頒發(fā)的AiP證書(shū)。12000立方米LCO2運(yùn)輸船在實(shí)船產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，在保持中壓儲(chǔ)艙技術(shù)優(yōu)勢(shì)前提下，顯著提升船舶運(yùn)輸能力，其儲(chǔ)艙和液貨系統(tǒng)技術(shù)成熟、船型尺度適中、適港性強(qiáng)，市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯。20000立方米LCO2運(yùn)輸船是大連造船以新型高強(qiáng)度低溫鋼和貨物系統(tǒng)為突破口，成功研發(fā)的低壓船型，為L(zhǎng)CO2運(yùn)輸船的大型化發(fā)展提供了全新路徑。

低壓設(shè)計(jì)為L(zhǎng)CO2運(yùn)輸船大型化提供了空間。船舶大型化非常重要，大艙容LCO2運(yùn)輸船不僅可以更有效地運(yùn)輸二氧化碳，還能減少航行次數(shù)、提高整體效率。結(jié)合應(yīng)對(duì)氣候變化和有效實(shí)施碳捕獲所需的二氧化碳運(yùn)輸規(guī)模來(lái)看，這一點(diǎn)非常重要。睿咨得能源(Rystad Energy)預(yù)測(cè)，到2030年，市場(chǎng)需要一支由55艘LCO2運(yùn)輸船組成的船隊(duì)來(lái)滿足未來(lái)碳捕集、利用與封存(CCUS)項(xiàng)目所需。

中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司旗下中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院最新研發(fā)的40000立方米LCO2運(yùn)輸船正是瞄準(zhǔn)了日趨增長(zhǎng)需求。這艘新一代大型LCO2運(yùn)輸船專業(yè)服務(wù)于CCUS項(xiàng)目，總長(zhǎng)239米、型寬30米，配置LNG雙燃料主機(jī)和軸帶發(fā)電機(jī)，液貨系統(tǒng)采用創(chuàng)新的低壓方案，同時(shí)可兼容運(yùn)輸液化石油氣(LPG)和氨，具有較好的營(yíng)運(yùn)靈活性和經(jīng)濟(jì)性。隨著CCUS作為碳中和的有效手段而持續(xù)受到高度關(guān)注，這艘40000立方米LCO2運(yùn)輸船的成功推出一定會(huì)吸引更多船東的極大興趣。

已獲全球最大型船訂單

今年4月，世進(jìn)重工(Sejin)展示了一組總艙容22000立方米的貨罐，這對(duì)貨罐將安裝在希臘船東Evangelos Marinakis旗下公司Capital Maritime訂造的22000立方米LCO2運(yùn)輸船上。

去年7月，HD現(xiàn)代旗下HD韓國(guó)造船海洋(HD KSOE)與Capital Maritime簽訂2艘22000立方米LCO2運(yùn)輸船建造合同，今年2月，又追加2艘同型船訂單。這是目前全球船廠手持LCO2運(yùn)輸船訂單中的最大型船，該系列船采用新型鋼材料制造的C型貨罐，船長(zhǎng)159.9米、型寬27.4米、型深17.8米，除LCO2外，還可運(yùn)輸LPG、氨和氯乙烯單體(VCM)等多種液化氣體貨物等多種液化氣貨物。HD現(xiàn)代尾浦計(jì)劃于2025年下半年陸續(xù)交付該系列船舶。

為滿足減排要求，這4艘LCO2運(yùn)輸船采用氨燃料預(yù)留設(shè)計(jì)，以便未來(lái)轉(zhuǎn)換為氨燃料，從而實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)營(yíng)。另悉，Capital Maritime目前還在參與HD現(xiàn)代尾浦進(jìn)行的30000立方米LCO2運(yùn)輸船項(xiàng)目研發(fā)。

為適應(yīng)未來(lái)不同商業(yè)模式的市場(chǎng)運(yùn)輸需求，HD KSOE其實(shí)在幾年前就與相關(guān)方開(kāi)始共同研發(fā)中壓12000立方米、低壓22000立方米和30000立方米LCO2運(yùn)輸船，并獲40000立方米LNG雙燃料LCO2運(yùn)輸船AiP證書(shū)。2022年6月，HD現(xiàn)代對(duì)貨物存儲(chǔ)和操作系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，與相關(guān)方合作開(kāi)發(fā)的74000立方米LNG雙燃料LCO2運(yùn)輸船獲AiP認(rèn)證，該船船長(zhǎng)約284米、型寬約42米，不僅大幅提升了其載貨量，而且適航于全球多座港口。

除HD現(xiàn)代外，韓華海洋和三星重工也較早進(jìn)入40000立方米或更大型LCO2運(yùn)輸船領(lǐng)域。

2023年5月，由大宇造船(DSME)負(fù)責(zé)船舶基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及貨物裝卸系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的40000立方米LCO2/液氨運(yùn)輸船獲得船級(jí)社頒發(fā)的AiP證書(shū)。這是大宇造船繼完成12500立方米和70000立方米LCO2運(yùn)輸船設(shè)計(jì)后，在LCO2運(yùn)輸船建造領(lǐng)域的又一代表作。4個(gè)月后，已完成更名的大宇造船(即韓華海洋)與希臘船東Ecolog、英國(guó)巴布科克(Babcock)液化氣體解決方案供應(yīng)商Babcock LGE簽訂聯(lián)合開(kāi)發(fā)40000立方米LCO2/液氨運(yùn)輸船協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，簽約方針對(duì)船舶航行過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體進(jìn)行最小化排放方案研究，以開(kāi)發(fā)更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的LCO2運(yùn)輸船。12月，在完成低壓二氧化碳貨物運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)實(shí)證測(cè)試后，韓華海洋自主研發(fā)的LCO2/液氨運(yùn)輸船貨運(yùn)系統(tǒng)、LCO2運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)和船載二氧化碳捕集系統(tǒng)(OCCS)獲得船級(jí)社頒發(fā)的AiP證書(shū)。

而為了更早服務(wù)CCUS項(xiàng)目，2021年，當(dāng)時(shí)的大宇造船還與合作伙伴著手研發(fā)了艙容70000立方米LCO2運(yùn)輸船，這使其成為全球首次正式公開(kāi)開(kāi)發(fā)超大型LCO2運(yùn)輸船的船企，在此之前，該船企甚至還曾對(duì)10萬(wàn)立方米LCO2運(yùn)輸船船型進(jìn)行過(guò)概念性研究。

2023年6月，三星重工推出的一型40000立方米LCO2運(yùn)輸船獲得船級(jí)社頒發(fā)的AiP證書(shū)，該型船優(yōu)化了貨載空間和船舶性能，采用適用于大型罐體的高強(qiáng)度低溫材料獨(dú)立雙葉C型貨罐，以確保其在低溫環(huán)境下也能有足夠的強(qiáng)度和耐久性，再液化系統(tǒng)可將汽化的二氧化碳冷卻并送回罐中。LCO2密度高于LNG，因此需要對(duì)貨艙、儲(chǔ)罐和支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行更深入驗(yàn)證。為該船出具AiP證書(shū)的船級(jí)社通過(guò)評(píng)估高壓力區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度分析，證明了該型LCO2運(yùn)輸船的安全可靠性。

交付全球首艘CCUS項(xiàng)目用船

雖然中國(guó)和韓國(guó)在大型LCO2運(yùn)輸船研發(fā)方面處于領(lǐng)先，但全球首艘專用于CCUS項(xiàng)目的LCO2運(yùn)輸船實(shí)船卻來(lái)自日本。

2021年初，新來(lái)島造船(Sanoyas)與其合作伙伴上野(Transtech)共同推出的LCO2運(yùn)輸船取得全球首個(gè)該類船AiP證書(shū)。該船型在二氧化碳貨艙前配備一個(gè)專門(mén)用于二氧化碳?jí)喝氲南到y(tǒng)，可滿足海床封存需求，主推進(jìn)系統(tǒng)采用雙軸全回轉(zhuǎn)推進(jìn)方式，船尾設(shè)計(jì)為可以減少船體阻力的Buttock-Flow型，既滿足海上進(jìn)行二氧化碳封存作業(yè)所需的位置穩(wěn)定要求，又保證了適合遠(yuǎn)洋航行的推進(jìn)性能。

2023年11月，由三菱重工集團(tuán)旗下三菱造船建造的世界上第一艘用于CCUS項(xiàng)目的LCO2運(yùn)輸試驗(yàn)船“EXCOOL”交付。“EXCOOL”船長(zhǎng)約72米、型寬約12.5米、吃水4.55米，艙量1450立方米。該船船東為山友汽船，是日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省下轄新能源產(chǎn)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)“CCUS研究開(kāi)發(fā)和示范項(xiàng)目/苫小牧CCUS大規(guī)模示范試驗(yàn)/二氧化碳運(yùn)輸示范試驗(yàn)/二氧化碳船舶運(yùn)輸相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)及示范試驗(yàn)”項(xiàng)目的一部分，由共同實(shí)施NEDO項(xiàng)目的GAS LINE租賃，通過(guò)二氧化碳運(yùn)輸示范試驗(yàn)收集和分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，以幫助日本更好地參與未來(lái)CCUS項(xiàng)目和二氧化碳海上運(yùn)輸，建立大艙容、長(zhǎng)距離的LCO2海運(yùn)技術(shù)。

除“EXCOOL”外，三菱造船還與商船三井合作完成了LCO2/液氨運(yùn)輸船概念研究，從而滿足市場(chǎng)對(duì)這兩種液貨運(yùn)輸?shù)脑鲩L(zhǎng)需求。隨著船舶綠色化發(fā)展，氨將被廣泛應(yīng)用于燃料，而LCO2運(yùn)輸船則會(huì)在CCS和CCUS價(jià)值鏈中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。三菱造船與商船三井的合作項(xiàng)目可在去程時(shí)運(yùn)載液氨，返程時(shí)運(yùn)載液態(tài)二氧化碳，較常規(guī)單一特定液體貨物運(yùn)輸船返程空載情況而言，該船全航程運(yùn)輸效率優(yōu)勢(shì)明顯。據(jù)悉，該LCO2/液氨運(yùn)輸船艙容約50000立方米。

在此基礎(chǔ)上，三菱造船、日本造船、三井物產(chǎn)和三菱商事就遠(yuǎn)洋LCO2運(yùn)輸船開(kāi)展合作研究簽署諒解備忘錄，旨在通過(guò)二氧化碳的大規(guī)模海上運(yùn)輸來(lái)完成將從2028年起在日本啟動(dòng)二氧化碳捕集與封存(CCS)項(xiàng)目。目前日本造船已開(kāi)始與三菱造船討論聯(lián)合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，首船訂單或于2027年下水。

除此之外，商船三井還與馬來(lái)西亞合作伙伴就在亞太地區(qū)推進(jìn)LCO2運(yùn)輸船的商業(yè)化部署簽署協(xié)議，未來(lái)面向不同營(yíng)運(yùn)場(chǎng)景投入14000立方米和87000立方米LCO2運(yùn)輸船。

三菱造船與日本郵船聯(lián)合開(kāi)發(fā)的LCO2運(yùn)輸船也已獲得船級(jí)社頒發(fā)的AiP證書(shū)。同樣，這艘LCO2運(yùn)輸船也在去程將氨運(yùn)至相應(yīng)的火力發(fā)電廠，返程再將火力發(fā)電廠排放的二氧化碳運(yùn)送到指定的存儲(chǔ)地點(diǎn)。

與日本相似，歐洲也對(duì)服務(wù)于CCUS的LCO2運(yùn)輸船有更多需求。北歐地區(qū)CCUS項(xiàng)目頗多，因此出現(xiàn)了專門(mén)為歐洲水域航行設(shè)計(jì)的新型LCO2運(yùn)輸船。

丹麥船舶設(shè)計(jì)公司Knud E Hansen設(shè)計(jì)的LCO2運(yùn)輸船采用C型貨罐和高效的氣體再液化技術(shù)，配備2臺(tái)雙艉鰭對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅大幅節(jié)省燃料、提高效率，船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)還有助于保持位置穩(wěn)定。不久前，德國(guó)內(nèi)河航海企業(yè)HGK Shipping也宣布為歐洲水道建造一種新型LCO2/液氨運(yùn)輸船，該船船長(zhǎng)約135米、型寬約17.5米，液貨裝載量明顯大于目前歐洲內(nèi)河水域同尺度氣體運(yùn)輸船。重要的是，這艘LCO2/液氨運(yùn)輸船具備還采用了氨預(yù)留設(shè)計(jì)，這讓負(fù)責(zé)全球工業(yè)綠色化的載體有了更綠色的體現(xiàn)。

需要說(shuō)明一點(diǎn)，中壓方法液化雖可與很多碼頭的儲(chǔ)存設(shè)施兼容，但是這種選擇對(duì)船舶設(shè)計(jì)造成一些限制，導(dǎo)致貨載總量變小，進(jìn)而增加船舶尺寸。這對(duì)于運(yùn)輸需求高且通航水域復(fù)雜的國(guó)家或地區(qū)而言，效率顯然不佳。

需求相似者因此有了更廣泛合作，尤以日本郵船眼界更廣。2022年，日本郵船與挪威船舶運(yùn)營(yíng)商Knutsen成立合資公司Knutsen NYK Carbon Carriers(KNCC)，利用Knutsen開(kāi)發(fā)的PCO2貨罐系統(tǒng)(后由KNCC升級(jí)為L(zhǎng)CO2-EP貨罐系統(tǒng))在全球范圍內(nèi)進(jìn)行液化二氧化碳海上運(yùn)輸和存儲(chǔ)的商業(yè)開(kāi)發(fā)。相關(guān)資料顯示，LCO2-EP貨罐系統(tǒng)基于氣瓶型二氧化碳密封系統(tǒng)，在環(huán)境溫度0-10攝氏度和高達(dá)40巴壓強(qiáng)的情況下將二氧化碳下儲(chǔ)存在垂直堆疊的較小直徑管段中，而非低溫儲(chǔ)存于大型貨罐。這可降低了壓力變化風(fēng)險(xiǎn)，從而避免干冰形成，并消除部分或滿載工況下的晃蕩效應(yīng)。由于不需要冷卻到低溫，LCO2-EP貨罐系統(tǒng)使二氧化碳在封存之前更容易得到處理。另外這種概念具有可擴(kuò)展性，在運(yùn)載量方面提供了很大靈活性，未來(lái)或?qū)⒅�力LCO2運(yùn)輸船市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展。