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抢占先机!日本举全国之力巨资研发零碳船舶

2021-10-28 09:11740

 抢占先机!日本举全国之力巨资研发零碳船舶,

替代燃料对于航运业脱碳化至关重要,为了在零碳船舶市场抢占先机,日本政府准备投入巨资支持氨燃料、氢燃料船舶研发,以支持零排放船舶等新一代船舶的普及,加强日本造船业和船舶工业的国际竞争力,同时推进新型船舶在海运业的实际应用,推广零排放船舶。

NEDO启动新一代船舶项目涉及四个主题

近日,由日本经济产业省所管辖的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)启动了“新一代船舶”开发项目,将投资320亿日元(约合人民币17 91亿元)支持氨燃料、氢燃料船舶研发。

NEDO介绍称,日本政府去年10月宣布了到2050年实现碳中和的目标,这需要大大加快目前能源和工业部门的结构改革,以及大胆的投资创新。

为此,NEDO设立了2万亿日元的绿色创新基金项目,为有着具体脱碳目标的企业和组织提供从研发测试到实际应用的持续支持,其中一个重要领域就是航运业。

研发项目涉及四个主题,包括船用氢气发动机、船用氢气燃料储罐和燃料供给系统的开发,国产氨燃料发动机搭载船舶的开发,氨燃料船开发和社会应用的一体化综合项目,以及通过催化剂和发动机改良以降低LNG动力船甲烷滑移技术的研究。

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NEDO指出,以氢气、氨气或LNG为燃料的新一代船舶得以实现商业运营,这有助于航运业脱碳化。

不过,氢燃料和氨燃料发动机仍面临许多技术挑战,并且尚未在世界范围内得到进展。

例如,有必要改进燃烧控制技术,并解决氢气和氨气燃料特有的问题。

氢气和氨气在常温常压下是气态的,必须液化以提高运输效率,但即使在液态状态下,氢气和氨气的体积也远大于传统燃料,因此必须开发创新的液体燃料罐。

另外,尽管LNG动力船已经投入实际使用,但NEDO希望研发新技术克服甲烷滑移的问题,因为甲烷滑移的温室效应是二氧化碳的25倍。

可能的措施包括使用催化剂和改进发动机减少甲烷滑移,目标是削减60%。

一、氢燃料发动机和MHFS开发项目

据悉,船用氢燃料发动机、船用氢燃料储罐和燃料供给系统(MHFS)的开发工作由川崎重工、洋马动力技术有限公司(Yanmar Power Technology Co., Ltd.)以及日本发动机公司(Japan Engine Corporation)共同进行,项目时间为2021财年至2030财年的10年间,预计总投资219亿日元,其中210亿日元由NEDO提供支持。

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其中,川崎重工将负责开发中速四冲程发动机,洋马动力技术公司开发中速和高速四冲程发动机,日本发动机公司开发低速二冲程发动机,目标是到2026财年前后完成可应对各种用途的发动机产品组合。

同时,三家公司计划于航运企业和船厂合作,在实船上进行氢气发动机的示范测试,从事实现最终的商业化应用。

另外,川崎重工在本项目中还将担任船用氢燃料储罐和燃料供给系统(MHFS)的开发,与各公司共同努力实现氢燃料推进系统。

今后,三家公司将通过合资企业HyEng,合作开发共同的技术要素,如基础燃烧分析和材料、密封技术开发、船级社规则对应等,并共享测试设施。

二、氨燃料发动机搭载船舶开发项目

据了解,国产氨燃料发动机搭载船舶的开发由日本邮船、日本造船(Nihon Shipyard)、日本发动机公司以及IHI原动机(IHI Power Systems)进行,日本船级社作为协力机构参与其中。

项目时间为2021财年至2027财年的7年间,预计总投资123亿日元,其中84亿日元由NEDO支持。

据日本邮船介绍称,合作伙伴计划在2024财年开发和运营一艘氨燃料拖船,并在2026财年开发运营氨燃料氨气运输船。

这两艘船都将使用一些燃料油作为引燃燃料(pilot fuel),因为氨气很难点燃。

此外,各方还将在研发、发动机开发、造船和商业化方面合作,制定与此类船舶有关的安全指南、法律和法规。

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在氨燃料拖船(A-Tug)的开发运营项目中,日本邮船将负责船舶设计、设备布局和安装、以及监管合规性工作,IHI原动机负责开发氨燃料四冲程发动机,而日本船级社负责船舶安全性评估。

拖船将在2024财年完工交付,实现氨燃料混合燃烧比率80%以上,削减温室气体排放。

未来还将使用生物燃料等作为引燃燃料,以达成温室气体零排放。

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在氨燃料氨气运输船(AFAGC)的开发运营项目中,日本邮船负责船舶设计和监管合规性工作,日本发动机负责开发氨燃料二冲程发动机主机,IHI原动机负责开发氨燃料四冲程发动机(辅机),日本造船负责船体开发并探讨船舶建造方法,日本船级社负责氨动力氨气运输船的安全性评估。

新船将在2026财年完工交付,主发动机实现氨燃料混合燃烧比例95%,为发电机提供动力的辅机中氨燃料混合燃烧比例至少为80%。

三、氨燃料船开发和社会应用综合项目

氨燃料船开发和社会应用的综合项目由伊藤忠商事、川崎汽船、NS United海运、三井E&S机械以及日本造船进行,项目时间为2021财年至2027财年的7年间,预计总投资30亿日元,其中20亿日元为补助金。

该项目将使用氨气作为船用燃料来开发、拥有和运营推进系统,领先其他国家,实现国际海事组织的温室气体减排目标。

目标是最快在2028年引入氨燃料船舶,以便使日本航运业能够保持其在零排放船舶领域的长期优势。

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具体而言,三井E&S机械将开发氨燃料储罐和燃料供应系统,研发氨燃料主发动机关联技术,研究氨燃料船的安全特性,并进行氨燃料船的实证运营。

日本造船将开发搭载氨燃料储罐的船舶,以及船上氨燃料处理系统和安全系统,并检验实船示范运行的研究开发内容。

川崎汽船、伊藤忠商事和NS United海运则将负责氨燃料船的实船示范运行。

四、降低LNG动力船甲烷滑移技术研发项目

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通过催化剂和发动机改良以降低LNG动力船甲烷滑移技术的研发工作由日立造船、洋马动力技术公司和商船三井执行,时间为2021财年至2026财年的6年间,预计总投资11亿日元,补助规模约为6亿日元。

据了解,日立造船株式会社(日立造船)、三井商船(MOL)和洋马动力技术有限公司(YPT)提出了“通过改进催化剂和发动机降低LNG燃料船的甲烷滑动技术”

日立造船在NEDO的绿色创新基金下公开征集的下一代船舶开发项目中,提出了“通过改进催化剂和发动机开发LNG燃料船舶的甲烷滑动减排技术”提案已经被采纳。

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左:洋马6EY22ALDF双燃料发动机;右:日立造船的甲烷氧化催化剂

该项目旨在进一步减少LNG动力船的环境影响,在项目研发的六年间,合作方将通过甲烷氧化催化剂和发动机改进相结合,实现LNG动力船甲烷滑移降低70%以上的目标。

未来,新开发的系统将安装在名村造船为商船三井建造的一艘大型LNG动力煤炭运输船上,进行实船测试。

近年来,全世界的环保意识,包括对气候变化的反应都在不断提高。

在此背景下,航运业也在努力进行各种技术和商业开发,以实现低碳社会。

这些努力之一是在世界各地引进对环境影响较小的LNG燃料船舶。

液化天然气燃料具有减少二氧化碳排放的作用,但使用液化天然气的发动机可能容易出现甲烷滑移的问题,即未燃烧的燃料在排气中排出,甲烷是非常严重的温室气体,未来100年其导致的全球温室效应的危害可能是二氧化碳的28倍,未来 20年其导致的全球温室效应的危害可能是二氧化碳的84倍。

因此,减少甲烷滑移是发动机设计中的一个紧迫问题。

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