能源轉型和環境保護是可持續發展的必由之路，供給實施清潔替代則是轉型特征之一，作為零排放燃料，全球氫能需求將有可觀增長。由于氫生產成本存在地域差異，高效且能載運高純度氫的液化氫(LH2)運輸船成為大規模、長距離遠洋跨境運輸的重要載體。

國際航運協會(ICS)在一份主題為《將氫能需求轉化為現實：哪些行業將率先發展》的報告中提到，歐盟、日本和韓國未來或是氫能消費需求主體，當全球氫需求總量達到3000萬噸/年時，市場預計需要411艘LH2運輸船。

中國推出全球最大

作為氫能供應鏈中必不可少的一環，航運業完全有能力成為全球脫碳及氫能海上運輸的推動者，現已出現的更大型LH2運輸船設計，說明了航運業將在其中發揮至關重要的作用。

在今年4月召開的“2024國際氫能產業發展論壇”上，中國船舶集團有限公司旗下第七〇八研究所發布兩型LH2運輸船設計方案。

18萬立方米LH2運輸船擁有目前全球最大的艙容設計，船長約315米、型寬54米、設計吃水10米、壓載吃水不小于9米，采用“V”型船體，單個球罐容積45000立方米。為盡可能減少熱交換，該船采用表面積體積比最小的雙層球罐方案，兩層球殼之間抽真空并進行絕緣填充，蒸發率不超過0.1%。

另一型LH2運輸船艙容20000立方米，采用雙層真空單圓筒C型罐，兩層球殼之間抽真空并進行絕緣填充，蒸發率不大于0.2%。該型船計劃采用柴油推進，主燃料為船用輕柴油(MGO)，燃油艙布置在船體舯部，此外還可根據需求選擇LNG燃料推進，另配置質子交換膜燃料電池。與此同時，該型船優化了再液化設備、壓縮機布置及GCU布置。

20000立方米LH2運輸船效果圖/中國船舶集團

去年底，滬東中華造船(集團)有限公司根據國際市場潛在需求推出的一型LH2運輸船獲得船級社頒發的AIP證書。該船型船長210米、型寬32.2米、型深20米、設計吃水7米、設計航速15節，配置3個液貨艙，采用雙層真空絕熱C型艙液貨圍護系統，低溫液相管系采用真空絕緣雙壁管，設計雙燃料(重柴油和氫氣)電力推進系統，燃氣模式下可實現零碳排放。

今年1月，船舶設計公司LMG Marin、道達爾能源(TotalEnergies)和GTT聯合開發項目取得成功，并獲得船級社頒發的原則性認可(AIP)證書，包括GTT開發的LH2薄膜型圍護系統設計，以及裝備該圍護系統的大型LH2運輸船初步設計。這型LH2運輸船艙容達15萬立方米。TotalEnergies規定了設計規范、船舶尺度和運能，以及對推進模式的要求和設想航線上的二氧化碳排放量。

與道達爾能源在全球性能源和石化領域存在競爭的殼牌，同樣為未來的“氫經濟”進行布局。

5月，殼牌與HD現代旗下HD韓國造船海洋(HD KSOE)及其造船子公司HD現代重工簽署一項聯合開發協議，旨在加速LH2運輸船研發，以期在2030年實現商業化運營。根據協議，HD KSOE將利用自身技術研發大型液氫儲罐和氫氣系統等核心技術，HD現代重工負責氫動力發動機研發和LH2運輸船設計，殼牌將分享其在技術開發和運輸船運營方面的經驗，審查LH2運輸船設計的可行性。

韓國造船海洋的LH2運輸艦概念設計/韓國造船海洋

除已獲得20000立方米LH2運輸船AIP證書的HD KSOE外，韓華海洋和三星重工也在研發大型LH2運輸船。韓華海洋重點尋求零碳排放燃料的LH2運輸船設計方案，三星重工則開發薄膜型液氫儲罐及16萬立方米LH2運輸船概念設計。

再看歐洲設計。Moss Maritime在2019年便獲得了LH2運輸船液貨圍護系統AIP證書，這種設計基于其LNG圍護系統方案，改進升級使之符合在-253℃條件下的氫運輸要求。隨后，Moss Maritime與合作伙伴聯合開發了一款氫燃料加注船，該型船艙容9000立方米，既可為遠洋商船提供燃料加注，也能用于遠洋LH2運輸。

去年，知名存儲設備設計及建造商西比埃（CB&I）為氣體運輸船設計的LH2圍護系統獲得了船級社頒發的AIP證書。該液貨圍護系統基于CB&I用于陸上液氫儲存的真空絕熱球型技術，小型儲罐蒸發率低于0.1%，大型儲罐蒸發率低于0.05%。此系統已經應用于船舶設計公司Houlder開發的20000立方米LH2運輸船概念中。

荷蘭船舶設計公司C-Job與LH2 Europe公司合作開發的一型LH2運輸船將以氫燃料電池作為動力，以實現端到端的液氫“綠色運輸”。該型船船體為梯形設計，增加了甲板空間，船長約141米，配備3個總艙容為37500立方米的液貨艙。特別的是，逃逸氫氣將被捕獲并直接用于船載氫燃料電池，從而為船舶推進系統提供動力，在運行期間將實現零溫室氣體排放。

日本積極開展探索

由川崎重工神戶工場建造的全球第一艘LH2運輸船“SUISO FRONTIER”輪于2022年完成了首次運輸航行——從澳大利亞黑斯廷斯港(Hastings)到日本神戶港的LH2海上運輸。

全球第一艘LH2運輸船“SUISO FRONTIER”輪/川崎重工

“SUISO FRONTIER”輪曾入選英國皇家造船師學會(RINA)評出的《2021年度世界杰出船型名船錄》，該船船長116 米、型寬19米、型深10.6米、滿載吃水4.5米、航速13節，儲罐艙容1250立方米。川崎重工官網介紹，該船儲罐采用真空絕緣雙殼結構，借鑒陸上LH2儲罐和液化天然氣(LNG)儲罐等技術，實現了高強度和高隔熱性能。

“SUISO FRONTIER”輪順利完成從澳大利亞到日本的LH2的裝運和卸載，標志著日本氫能供應鏈技術研究協會(HySTRA)重點示范項目的成功。日本是全球首個發布氫能戰略的國家，確立了到2030年普及氫能源的行動計劃和具體數量目標，穩步推進氫能技術研發，嘗試打造全球化氫能供應鏈，力求在氫能源領域占得技術與市場先機。在日本政府資助下，從2014年便開始研發LH2運輸船及LH2儲存系統的川崎重工，與巖谷產業株式會社(Iwatani)、日本電力開發有限公司(J-POWER)和殼牌日本公司等3家企業于2016年共同成立HySTRA，主要目標是研發制氫、運輸、儲存和用氫所需各種技術，最終打通氫能源產業鏈技術瓶頸，實現零碳社會。

日本正與澳大利亞合作建設世界首條LH2海上運輸線，旨在開發一條完整的氫氣供應鏈，這便是在日本政府和澳大利亞政府支持下由川崎重工牽頭的煤制氫“氫能供應鏈”(HESC)項目。該項目在拉特羅布谷進行褐煤氣化制氫，同時將制氫過程中產生的二氧化碳進行分離回收，然后將氫氣運送到黑斯廷斯港進行液化處理和存儲，再通過“SUISO FRONTIER”輪運往日本，船舶抵達目的港后，裝載系統將液貨卸至陸上儲罐中，整個過程保持-253℃溫度不變。

川崎重工設計的新型貨物安全系統將褐煤生成的氫氣冷卻至-253℃，成為液氫，真空絕緣雙殼結構不銹鋼液貨艙旨在幫助處理蒸發現象，因為LH2的蒸發速度是LNG的10倍左右，熱量可能會將其轉換回氣體形式，從而增加艙內壓力。而考慮到液氫純度要求極高及其再液化難度，一旦氣化，不可在運輸船上經過處理后再次液化，所以LH2運輸船設計要盡可能降低蒸發。這是對液貨罐絕緣要求極高的原因之一。船上的氫兼容氣體燃燒裝置(GCU)確保所有蒸發氣體完全安全燃燒，從而降低壓力升高風險。液貨艙的支撐結構由高度耐用的玻璃纖維增強復合材料(FRP)制成，具有超高隔熱性能。除采用真空穹頂、雙層不銹鋼絕熱殼體、絕熱支撐結構等設計外，在“SUISO FRONTIER”輪的設計建造過程中，川崎重工還在柴電推進系統、通風管道、甲板機械監控、艙室設備控制等方面，針對LH2運輸特性進行優化設計。

川崎重工稱，為實現LH2規模化供應，今后將從技術、運輸及安全等方面進一步開展研發及驗證，力爭在2025年完成商業化實證實驗，并于2030年達成氫能源供應鏈商業化目標。川崎重工另外研發的一型LH2運輸船船長約346米、型寬約57米，4個直徑約43米的儲罐總艙容為16萬立方米。

“SUISO FRONTIER”輪首航成功后，日本能源公司Suiso Energy(JSE)和商船三井、日本郵船、川崎汽船簽署協議，3家公司各持JSE子公司JSE Ocean 16.6%的股份，JSE和這3家在能源運輸領域有豐富經驗的日本航運企業將通過JSE Ocean迅速建立日本氫供應鏈。根據之前計劃，JSE Ocean最早將于今年訂造世界上第一艘大型氫動力LH2運輸船。

設計挑戰突破之道

作為未來液氫產業核心載體，LH2運輸船市場可期，只不過LH2運輸船的研發仍處于探索階段。相較于其他液態化能源，液氫密度較小，例如LNG密度為430-470公斤/立方米，液氫密度為70.78公斤/立方米，同艙容情況下，LH2運輸船的載重量較低，設計吃水時通常攜帶一定量的壓載水以保持穩性。此外，由于船寬吃水比(船體最大寬度與船舶滿載情況下的最大吃水深度比值)較大，方形系數較小，艉部線形偏瘦，因此為實現機艙緊湊化布置，宜采用氫燃料發動機結合全回轉推進器的推進系統和雙艉推進形式。

液態氫運輸給船舶設計帶來的獨特挑戰不止于此。滬東中華造船(集團)有限公司科技委主任金燕子在《液氫運輸船技術探析》中還提到，液氫需保持-253℃溫度不變，遠低于液態LNG溫度，可能對船體鋼材選級帶來較大影響，因此須開展有限元溫度場分析，同時針對鞍座、氣穹、液穹等特殊區域位置，建立有限元局部模型開展計算分析，根據計算結果選擇合理的結構材料和鋼材等級。

由于液氫蒸發率高，LH2運輸船更適合采用技術成熟度較高的真空雙層絕熱C型艙液貨圍護系統。在總布置上需同時滿足《國際散裝運輸液化氣體運輸船舶構造和設備規則》(IGC)第2.4條中有關液貨艙位置的要求，以及第3.5條中有關通往貨物區域內各處所通道的要求，并且采用雙殼雙底結構設計。

由于裝卸貨及冷艙暖艙工況下產生的極大溫差容易引起較大結構變形，在 布置上盡可能將C型罐體的固定鞍座位置與液穹位置在船長方向保持一致，將液穹位置沿船寬方向設置在舯部，盡可能減少熱脹冷縮變形對密封性能的影響。

液氫點火能量低且在空氣中爆炸極限范圍廣(4%-74%)，這讓安全高效儲存和運輸液氫的難度較大。由于氫氣比甲烷更容易燃燒，且燃燒速度和劇烈程度均遠高于甲烷，這要求在運輸或操作過程中應采取措施防止泄漏，或配置固定式氫氣探測系統并增強通風容量，同時采用更嚴格的防爆要求。另外，需要按照船級社的要求完成風險評估，并落實相應的風險管控措施。

關于液氫海運法規，除需滿足IGC通用要求外，還要滿足IMO海上安全委員會(MSC)于2016年11月公布的《散裝液化氫運輸臨時建議》(MSC.420<97>號決議)。此臨時建議中，規定了LH2運輸船必須滿足的29項額外要求，同時對低溫設計條件下，材料的物理性能和焊接形式、富氧環境預防、泄壓系統防堵塞設計、密封測試混合氣體、二氧化碳滅火系統容量、靜電和泄漏預防及探測、氫焰 探測、操作規范、系統通風性能、風險評估和裝載率等多個方面提出了要求和建議。相關船級社發布的《液氫運輸船指南(2.0版)》和《液氫運輸船規范》介紹了LH2運輸船的安全與技術標準，并擴展了MSC.420<97>決議，為新造和現役LH2運輸船提供了指導。

2023年9月，IMO貨物與集裝箱運輸分委會第9次會議(CCC 9)召開，分委會審議了澳大利亞、法國、日本、利比里亞、荷蘭和阿聯酋提交的關于散裝運輸液氫暫行建議的修訂建議(CCC 9/7)，并成立工作組開展A-C部分的修訂文本起草工作。工作組審議了與“散裝運輸液氫特殊要求”“真空絕熱獨立式貨艙的貨物圍護系統特殊要求”和“內部絕熱空間使用絕熱材料和氫氣的獨立貨艙的貨物圍護系統特殊要求”中特殊要求相關議題，并同意納入其中不需要開展進一步技術討論的內容，對于特殊要求“內部絕熱處所的壓力監測”，工作組認為除壓力監測外，不需要增加溫度監測，對于特殊要求“液貨艙壓力釋放系統”，工作組認為不應按照IGC來確定真空釋放閥的適當容量，并提出替代方法。分委會總體上批準了工作組的修訂報告，擬提交至IMO海上安全委員會第108屆會議(MSC 108)審議批準。

今年5月，MSC 108通過CCC9修訂的《散裝液化氫運輸臨時建議》，成為MSC.565(108)號決議，其中納入了通過試航船的運行收集到的實際經驗，并確定了對新型貨物圍護系統的要求，即在內部絕熱空間使用絕熱材料和氫氣的獨立貨艙。