船用甲醇燃料风口已到？

未来船舶有哪些燃料新选择，从而使航运业能够实现可持续运营，同时减少碳排放并最大限度地降低海洋环境风险？2014年—2018年的4年间，MethaShip项目组对上述问题进行了深入思考。

其研究结果表明，海事业可通过合理的投入来解决清洁燃料问题，新方案几乎不需要额外的培训，比目前的替代燃料更安全、更易使用，且已呼之欲出。

MethaShip项目由德国政府资助，其合作伙伴包括迈尔造船（Meyer Werft）、弗伦斯堡造船（Flensburger Schiffbau-Gesellschaft）和劳氏船级社（LR），相关合作方则包括甲醇贸易公司HELM和船用发动机制造商卡特彼勒（Caterpillar）、曼恩（MAN Augsburg），项目的主要目标是研究甲醇作为邮轮和客滚船燃料的可行性。

与迈尔造船2018年秋季交付全球首艘完全以液化天然气（LNG）为燃料的豪华邮轮“AIDAnova”号一样，MethaShip项目的目标源自于航运业尤其是邮轮运营商改用清洁燃料的压力不断增加，以及乘客与日俱增的环保意识。

可替代性

无疑，对邮轮行业和迈尔造船而言，能够减少污染物排放的“AIDAnova”号的设计、建造及交付都称得上是里程碑式的事件。为使用LNG燃料，该船在建造过程中着重解决了LNG系统装船后产生的实际问题，如复杂的储罐及其所需的空间、昂贵的配件等。与此类似，船舶若以甲烷为燃料，也需考量相关的温室气体排放问题。

因此，德国船企转而考虑其他的可替代清洁燃料，如甲醇或乙醇。MethaShip项目旨在评估甲醇作为船舶燃料的适用性和可持续性，并为国际海事组织（IMO）将甲醇/乙醇燃料纳入《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》（IGF规则）等工作做出积极贡献。

MethaShip项目的工作将聚焦于以下方面：燃料基础设施、相关船用系统和能源转换技术、热能利用、船型开发和设计、海事法规、安全性、生态平衡和全生命周期评估等。

项目技术人员将重点研发两型甲醇燃料船。其一为一艘长200米、宽29米、载客600人的巴勒斯坦客渡船；其二为长240米、载客2100人的63000总吨豪华邮轮，该邮轮共有两个电站，每个电站配备两台以甲醇为主要燃料的9兆瓦（MW）发动机。

该船共设有7个甲醇燃料箱，位于船体一侧的舯部和艉部，彼此之间有一定空间间隔；艉部2个满足IMO安全返回港要求。

由于甲醇可在常规环境温度和压力下储存，因此其储罐可由采用传统涂层的低碳钢来制造。这意味着，甲醇可被储存在船壳、双层底内部，相对柴油燃油更具优势。

安全性

MethaShip项目充分考虑了甲醇在储罐中的情况，如在1巴（bar）的常规储存压力和20℃的液相温度条件下，气相中的最大甲醇浓度绝不会高于13%。

此外，与LNG不同，甲醇不会随着温度的升高而沸腾，而只是缓慢蒸发，且蒸发后在气相中的浓度也仅会略微增加。在30℃的温度条件下，其最大气体浓度不会超过22%。即便储罐中的甲醇发生气化泄露，但由于其闪点较低，因此会与氮气这样的惰性气体混合，而不会导致火灾。

相对液体燃料，气体燃料还有一大优势：一旦运输管道破裂，气体会迅速充斥周围空间，而液体燃料的泄漏量相对较小，这意味着气体燃料泄露后可被通风系统等迅速检测到，从而使船员立即采取应对措施。举例来说，空气中的甲醇浓度即便仅为2 ppm（百万分比浓度）也可被立即检测到，而其浓度高达55000时才会发生爆炸。

该项目研究成果还表明，甲醇燃料系统可安全地放置在可通风的空间而无需额外加装气闸，从而简化了船体布局，且缩小了危险区域的面积。

优势

MethaShip项目得出了一个结论：仅就物理特性而言，甲醇优于任何非天然液体燃料。一方面，甲醇相对其他燃料拥有更多的应用便利性及环保优势；另一方面，尽管每种燃料都尤其危害，但均可通过危害及其防范说明、提供安全处理建议等措施来安全使用，因此甲醇并不比其他燃料更危险。

美国环保署（EPA）曾对甲醇用作汽车燃料做了研究，并强调其与汽油相比具有显著优势：甲醇与汽油相比更不易挥发；更不易燃——空气中的甲醇浓度提高至4倍才能够燃烧；具有较低的蒸汽密度，与空气类似，因此不会沿着地面蔓延至火源，而是会在空中快速稀释到不可燃的浓度。

此外，由于甲醇的热释放速率（HRR）较低，因此在发生火灾时，其燃烧速度比汽油或柴油慢75%。美国环保署的结论是，如果将甲醇作为美国主要的汽车燃料，汽车火灾造成的人员伤亡数量将大幅下降。

据美国《 职业医学杂志》（Journal of Occupational Medicine）报道的案例，曾有一位储罐清洁督察人员身着错误的防护服在甲醇中浸泡了2—3小时，并于8小时后出现了急性中毒症状。不过，通过适当的治疗，他得以完全康复。在船舶设计中，由于采用了双重屏障，船员接触甲醇的可能性极低。

环保性

在泄露风险及其对环境的潜在影响方面，甲醇也表现良好。与燃油相比，甲醇对海洋生物的毒性低得多，在泄露事故中的影响几乎可以忽略不计，且影响只是暂时及可逆的。

例如，各种燃料的鱼类半致死浓度（LC50，指在毒性试验中，导致半数生物死亡的毒物浓度）分别是：柴油为每升水65毫克（mg），重油为70毫克，而甲醇为15400毫克。传统化石燃料对藻类而言更为致命，柴油的藻类半数效应浓度（能引起半数生物某种效应变化的浓度，通常指非死亡效应）为每升水78毫克，重油为1毫克，而甲醇为22000毫克。

在一项模拟实验中，研究人员在公海中释放了10000吨甲醇，1小时后其浓度仅为0.36%。另一项模拟实验中，研究人员每小时从码头释放10000升甲醇，其浓度2小时后小于1%，3小时后小于0.13%。

相比之下，油船“Erika”号泄露了13500吨重油，其影响波及400公里的海岸线，造成的总损失及清理费用高达近10亿美元。由此可以得出结论，由于甲醇能够与水迅速混合并稀释至远低于临界值，且能被细菌和水生生物完全生物降解，因此甲醇泄露事故几乎不会对环境产生影响而且清理成本为零。

目前，甲醇面临的主要挑战是其能否用作可持续燃料，以帮助航运业满足IMO2050年全行业温室气体排放减少50%的要求。

考虑到目前大多数甲醇的生产方式，这种燃料在其全生命周期中无疑具有显著的温室气体排放特征。不过，MethaShip项目认为，由可再生资源生产的甲醇可能很快成为海运业的首选环保燃料。

生物甲醇可由垃圾填埋气体、生化物质或二氧化碳生产，其中二氧化碳不仅可从固定源获得，更可直接从空气中捕获。技术人员已对空气碳捕获技术进行过定量评估，该技术获得的碳可与电解获得的氢在合成反应器中生成甲醇，从而获得净零碳燃料。

目前已有示范工厂通过碳捕获/再注入生产循环的方式生产出低碳甲醇，为未来生产零净碳船用燃料在原料、工艺技术等方面积累了经验。

发展方向

国际海事组织于去年9月完成了《甲醇/乙醇燃料船舶安全临时导则》，这是国际上首份鼓励船舶使用甲醇/乙醇作为动力系统燃料的技术规范性文件。应IMO要求，国际标准化组织（ISO）也在加快制定甲醇作为船用燃料的相关标准。

与LNG相比，甲醇在燃料供应基础设施方面的投资要低得多，因其已能够在主要港口使用，且同样可实现海上加注。总体而言，现有的陆上和海上基础设施可以很容易地用于甲醇加注。此外，在欧洲，现有的甲醇内河运输船队也基本能够满足这方面的需求。

此外，无论是在新建甲醇/LNG燃料船，还是在航船舶通过改装而使用甲醇/LNG方面，甲醇与LNG相比对具有明显优势，因为甲醇仅需要技术简单的非低温储罐和输送系统。目前已投入使用的甲醇燃料船证明，未来甲醇燃料有望得到更广泛地使用。