山东海运、淡水河谷率先落子!乙醇正在崛起为船用替代燃料

乙醇正在从航运业替代燃料名单中的“小众选项”,走向大型远洋船舶的实际应用。

中国船舶集团旗下发动机设计商WinGD近日表示,随着船东开始投资乙醇动力船舶,相关二冲程主机技术已经具备商业化应用条件。推动这一路线向前迈出关键一步的,是山东海运订造的全球首批乙醇燃料远洋船用二冲程主机,以及来自巴西矿业巨头淡水河谷的25年期长期运输合同。

8月27日,山东海运、青岛北海造船和中船贸易又正式签署2+4艘32.5万载重吨乙醇/甲醇三燃料矿砂船项目合作协议,其中包括2艘确定船舶和4艘选择权。该项目将乙醇燃料、长期铁矿石货源、中国船舶建造能力以及已经成熟的甲醇主机技术平台结合起来,成为观察乙醇能否进入远洋航运主流燃料体系的重要样本。

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从十年前的发动机试验走向32.5万吨VLOC

WinGD业务拓展负责人Andrea Lazzaro介绍,尽管该公司首先实现商业化的是X-DF-M甲醇发动机,乙醇却是WinGD更早开展试验的一种醇类燃料。早在2014年,公司便已启动乙醇燃烧测试。

甲醇和乙醇在燃烧特性、燃料处理方式及发动机技术路径方面存在较多共通之处。WinGD因此可以在已经商业化的X-DF-M平台上开发乙醇解决方案,通过调整燃料供应系统和喷射压力,适应两种醇类燃料在能量密度等方面的差异。这使乙醇进入大型低速二冲程主机的技术门槛明显降低。

今年5月,WinGD获得全球首批远洋船舶乙醇燃料二冲程主机订单。山东海运的两艘第二代Guaibamax型矿砂船将分别搭载一台六缸6X82DF-M/E低速主机,新船由青岛北海造船建造,计划自2029年起陆续投入运营,主要服务于巴西至中国的铁矿石运输。

这批船舶可以使用乙醇、甲醇和传统船用燃油,并保留进一步适配其他替代燃料的可能。淡水河谷尚未公布船舶投入运营后不同燃料的实际使用比例,但巴西产乙醇显然是这一项目最具现实基础的选择之一。

山东海运此前已经在北海造船订造10艘32.5万载重吨甲醇双燃料VLOC。加入此次2艘确定三燃料船后,其在该船厂的同型绿色VLOC确定订单增至12艘;若4艘选择权全部执行,双方围绕这一船型的合作规模最多将达到16艘。乙醇由此被纳入山东海运规模化绿色矿砂船队的发展路线。

IMO核算规则为乙醇打开空间

乙醇获得航运业关注,除了发动机技术逐渐成熟,还与国际海事组织对船用燃料全生命周期排放的核算进展有关。

WinGD指出,在山东海运订购主机的前一个月,IMO海上环境保护委员会批准将巴西二季作玉米乙醇的温室气体排放因子纳入《船用燃料全生命周期温室气体强度导则》。该燃料成为首批在IMO船用燃料全生命周期核算体系中取得明确排放因子的生物燃料之一。

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这里所说的“second crop corn ethanol”,更准确的中文表述是“二季作玉米乙醇”或“二茬玉米乙醇”,指巴西在同一块土地完成大豆等主要作物收获后种植的第二季玉米所生产的乙醇,不应直接等同于以纤维素等非粮原料生产的“第二代乙醇”。

按照获批数据,巴西二季作玉米乙醇的全生命周期温室气体强度为20.8克二氧化碳当量/兆焦,即20.8gCO₂eq/MJ,仅相当于超低硫燃油相关排放因子的大约四分之一。这使使用该燃料的船舶未来有望在IMO基于燃料全生命周期排放制定的监管和碳定价体系中获得明显优势。

乙醇的商业基础也比许多新型合成燃料更加成熟。巴西和美国已经建立大规模乙醇生产产业,汽车市场对乙醇需求增长低于此前预期,也为航运业提供了可以利用的新增供应。在部分生产市场,乙醇价格已经接近传统船用燃料;随着航运碳成本逐步增加,其相对价格竞争力有望进一步增强。

山东海运与淡水河谷的合作具备较强的航线适配性。新船将长期执行巴西至中国的铁矿石运输任务,而巴西本身是全球主要乙醇生产国,货源地、燃料供应地和船舶航线能够形成直接衔接。淡水河谷提供的25年期COA则为高造价绿色船舶锁定了长期货源和基础收益,降低了新燃料首次大规模应用所面临的商业风险。

欧盟规则仍是乙醇面临的一道门槛

乙醇在IMO体系下取得进展,并不意味着其已经在全球主要航运减排规则中获得完全一致的待遇。WinGD认为,目前最明显的不确定性来自FuelEU Maritime。

按照WinGD的分析,以粮食作物或粮食生产副产品为原料的部分生物燃料,目前难以在FuelEU Maritime框架下获得与其实际全生命周期减排相匹配的合规收益。乙醇供应商正在推动相关规则调整,并主张现代农业和生产技术已经能够在不影响粮食供应安全的情况下扩大乙醇产量。

这意味着,挂靠欧洲经济区港口的船舶在使用符合条件的乙醇时,可能在欧盟碳排放交易体系下获得一定减排收益,却未必能够在FuelEU Maritime的燃料温室气体强度核算中获得同等程度的认可。

WinGD估计,目前约有20%的全球商船船队受到欧洲排放法规直接影响。因此,FuelEU Maritime的认证问题不会阻止所有船东采用乙醇,但会明显影响欧洲相关航线的燃料选择和经济性。未来乙醇能否在国际航运市场进一步扩大应用,很大程度上取决于IMO、欧盟及其他地区能否逐步形成更一致的全生命周期排放认证标准。

对船东来说,燃料来源和生产方式也将变得更加重要。同样被称为“乙醇”的产品,由于原料、农业生产方式、能源投入和运输距离不同,其全生命周期温室气体强度可能存在较大差异。船东未来采购的将不只是燃料本身,还包括能够得到监管机构认可的来源证明、可持续性认证和排放数据。

与绿色甲醇组合,形成分阶段脱碳路径

乙醇的另一项优势,是可以与甲醇共用相近的发动机技术平台。WinGD的醇类燃料发动机能够适应乙醇和甲醇,并具备使用两种燃料混合物的技术潜力。已经安装的部分X-DF-M甲醇发动机,也可以通过相对有限的改造为使用乙醇做好准备。

这一兼容性为船东提供了一条更加灵活的脱碳路径。现阶段,绿色甲醇被视为有潜力达到零排放或近零排放标准的燃料,但其供应量仍然有限,大量生产项目尚处于规划或建设阶段,实际价格也明显高于传统燃料。

根据IMO《净零框架》草案,燃料全生命周期温室气体强度低于14gCO₂eq/MJ,才有望进入零排放或近零排放燃料范畴。巴西二季作玉米乙醇获批的20.8gCO₂eq/MJ虽然尚未达到这一门槛,却已经能够较传统燃油实现大幅减排,并拥有相对成熟的供应规模和成本基础。

对于计划最终转向绿色甲醇、但短期内受到供应和价格制约的船东,乙醇可以成为过渡阶段的低碳燃料。船舶可在初期更多使用价格较低、供应较充足的合规乙醇,随着碳排放要求收紧和绿色甲醇产能释放,再逐步提高绿色甲醇的使用比例,以控制燃料成本并满足不断提高的温室气体强度要求。

马士基最新一艘搭载WinGD X-DF-M甲醇发动机的9000TEU集装箱船“Terma Maersk”也体现了这种技术弹性。该船目前以甲醇应用为主要设计方向,但发动机平台具有适配乙醇的能力,为未来根据燃料供应、价格和监管变化调整燃料组合保留了空间。马士基尚未宣布将乙醇作为该船的常规燃料,因此其代表的是技术选择权,而山东海运与淡水河谷项目则进一步把乙醇推进到实际远洋船舶订单阶段。

乙醇开始获得进入主流市场的条件

乙醇在航运业的发展仍受到燃料认证、港口加注网络、船上储存空间和不同地区监管规则的约束。其单位体积能量密度低于传统燃油,也意味着远洋船舶需要在燃料舱容、续航能力和载货空间之间作出相应安排。

目前已经显现的优势同样清晰:低速二冲程主机技术已经完成长期储备,可以借助成熟甲醇平台快速商业化;巴西、美国等市场拥有现成的大规模产能;部分乙醇的全生命周期排放因子已经获得IMO认可;其价格也比绿色甲醇、绿色氨等新型燃料更接近当前船东能够承受的范围。

山东海运、淡水河谷、北海造船和WinGD共同推进的32.5万载重吨三燃料矿砂船,将首次在超大型远洋船舶、固定长距离航线和长期运输合同支持下验证这一燃料路线。项目一旦顺利投入运营,乙醇的市场定位将从技术上可行的替代燃料,进一步转变为拥有实际船队、稳定货源和规模化供应场景的商业选项。

在绿色甲醇仍然昂贵、氨燃料技术和安全体系尚待完善、LNG全生命周期排放持续受到审视的背景下,乙醇正在获得一个此前未被充分重视的市场窗口。山东海运与淡水河谷的率先落子,也可能推动更多航线涉及巴西、美国等乙醇生产中心的船东和租船方重新评估这一燃料。

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