全球航運業使用傳統燃油的船舶會排放大量的硫氧化物(SOX)、氮氧化物(NOX)、二氧化碳(CO2)等有害氣體、溫室氣體以及顆粒物(PM)等，對氣候和環境造成嚴重影響。克拉克森(Clarksons)的數據顯示，2020年全球航運業CO2排放量高達8.56億噸。
根據IMO(國際海事組織)設定的最新減排的戰略目標，到2050年船舶的溫室氣體排放量要實現凈零排放，并在此前就出臺了一系列嚴格規定，其中“關于強制實施目標型技術和營運措施以減少國際航運碳強度”的《國際防止船舶造成污染公約(附則VI修正案)》提出了對現有船舶能效指數(EEXI)、船舶設計能耗指數(EEDI)、營運碳強度指標(CII)的相關強制性要求，并已于2023年1月1日起強制執行。因此，航運業在降低碳排放方面面臨著越來越現實的壓力，清潔能源的應用是船舶從低碳走向碳中和、零碳發展的重要途徑。
一、LNG與甲醇之爭
關于船舶清潔能源的選擇，不同的航運巨頭采取了不同的應對方案，比如地中海航運(MSC)、法國達飛(CMA CGM)都熱衷于LNG燃料;而馬士基(Maersk)則更傾向于甲醇和氨類相關燃料，并認為LNG只是過渡方案。
全球最大集運公司瑞士地中海航運(MSC)青睞LNG動力船。2021年5月，地中海航運與新加坡東太平洋航運公司(ESP)達成協議，從后者租入11艘15300TEU LNG動力集裝箱船，租期為18年。2021年11月，地中海航運與韓國現代重工簽訂了6艘15000TEU新巴拿馬型LNG雙燃料動力集裝箱船的建造合同，總價值約10億美元。2021年12月，地中海航運旗下郵輪品牌地中海郵輪在法國大西洋造船廠建造兩艘新生代LNG動力環保郵輪，該兩艘豪華郵輪將在全球航運業內率先采用LNG燃料電池。2022年4月，地中海航運繼續擴張船隊并押注LNG燃料，在江蘇新時代造船下單訂造20艘LNG雙燃料集裝箱船，包含10艘8100TEU和10艘11400TEU雙燃料LNG動力集裝箱船。除了新時代造船之外，地中海航運還在大連船舶重工集團訂造了6艘16000TEU LNG雙燃料船，在日本今治造船訂造了4艘LNG動力23000TEU集裝箱船。2023年2月，地中海航運在舟山長宏國際船廠下單，訂造了10艘11500TEU LNG雙燃料動力集裝箱船。
全球另一航運巨頭法國達飛(CMA CGM)也熱衷于LNG動力船，并且當前也開始下單訂造甲醇動力船。達飛自2017年就開始訂造LNG動力船。2017年11月，達飛宣布成為全球航運業第一家下單建造LNG雙燃料動力超大型集裝箱船的公司，由中船集團旗下滬東中華船廠及江南船廠為達飛建造第一批9艘23000TEU LNG動力集裝箱船，這是全球航運史上首次訂造如此大型的LNG動力船。2018年4月，新加坡東太平洋航運公司在韓國現代重工集團訂造了6艘15000TEU LNG雙燃料動力集裝箱船，達飛全部租用了這6艘集裝箱船。2019年3月，達飛與中船集團簽訂了10艘15000TEU集裝箱船建造合同，其中江南造船廠負責建造的5艘采用LNG雙燃料動力。2021年4月，達飛與中船集團簽署了22艘集裝箱船的建造合同，包括6艘15000TEU LNG雙燃料動力集裝箱船，以及6艘13000TEU LNG雙燃料動力集裝箱船。2023年4月，達飛與中船集團再次簽訂合作協議，建造16艘超大型集裝箱船，金額超過210億元人民幣，包括12艘 15000TEU甲醇雙燃料動力大型集裝箱船和4艘23000TEU LNG雙燃料動力超大型集裝箱船。這是達飛首次建造以甲醇燃料為動力的集裝箱船，說明達飛也在嘗試不同的船舶新能源方案，探索清潔能源船隊的多元化。根據達飛所公布的相關財報，公司將于2024年底前擁有一支由44艘以LNG為動力的大型集裝箱船組成的船隊，這是世界上最大的LNG動力集裝箱船隊。
全球第二大集運公司丹麥馬士基(Maersk)則一直是甲醇燃料的忠實支持者。2021年，馬士基選擇對氨、甲醇、生物柴油以及木質素等4種燃料進行研究測試，并宣稱于2023年開始運營以甲醇為燃料的集裝箱船。2021年7月，馬士基在韓國現代尾浦造船廠訂造了1艘3500TEU碳中和甲醇動力集裝箱船，成為全球首家訂造零碳集裝箱船的航運公司。同年8月，馬士基在韓國現代重工下單訂造了“8+4”艘16000TEU甲醇動力集裝箱船，這是全球首次搭載甲醇燃料動力發動機的大型船舶，該筆訂單合同總金額為21.12億美元，約合每艘造價1.76億美元。2021年10月，馬士基在韓國現代重工追加訂購6艘17000TEU甲醇動力集裝箱船。2023年6月底，馬士基又宣布新的甲醇動力船訂單，這次是訂造6艘9000TEU甲醇雙燃料中型集裝箱船，該訂單最終花落中國的揚子江船業集團。截止目前，馬士基訂造的甲醇雙燃料集裝箱船已經達到25艘，是全球航運業中手持甲醇雙燃料集裝箱船訂單最多的公司。
全球第六大集運公司長榮海運(Evergreen)于近期也加入甲醇動力船陣營。長榮海運于2023年7月11日發布公告，計劃投入約43.2億至50.4億美元，向韓國三星重工和日本造船(Nihon Shipyard)訂造24艘16000TEU甲醇動力新巴拿馬型集裝箱船。據公告披露，單船價格在1.8億美元至2.1億美元之間，其中16艘將由三星重工建造，總價值在28.8億至33.6億美元，其余8艘船將在日本造船建造，總價值在14.4億至16.8億美元。此外，長榮海運還正在與臺船國際(CSBC)就建造一系列甲醇動力支線集裝箱船進行接觸。
我國遠洋船東已經批量下單訂造甲醇雙燃料船，沿海和長江流域的船東則早在十年前就開始建造和運營LNG雙燃料船。我國2013年出臺一系列政府財政補貼政策鼓勵LNG動力船的應用，截至目前全國已有LNG動力船400艘以上。但與國際遠洋LNG動力船動輒10-20萬噸的噸位不同，我國的LNG動力船大多為長江和內河船舶，由于受到航道水深、船閘、橋梁高度等條件的限制，單船運力多為一千至幾萬噸，與國際航運巨頭們相比，我國LNG動力船隊整體運力規模不大。
中遠海運集團斥資206億元訂造12艘全球最大24000TEU甲醇動力集裝箱船。2022年10月，中遠海運集團旗下上市平臺中遠海控發布公告，控股子公司東方海外、全資子公司中遠海運集運分別與南通中遠海運川崎、大連中遠海運川崎簽訂造船協議，以每艘2.40億美元(約人民幣17.20億元)的價格共計訂造12艘24000TEU甲醇雙燃料動力集裝箱船，訂造船舶總價為28.78億美元(約人民幣206.36億元)。這是中遠海運集團首次訂造雙燃料船。作為全球前四大集運巨頭之一，中遠海運集團是唯一一家在此之前尚未涉足雙燃料船的公司。憑借這份訂單，中遠海運集團成為繼馬士基、達飛之后，第三家投資建造甲醇動力大型集裝箱船的集運公司。考慮到馬士基和達飛此前訂造的甲醇動力船均為17000TEU以下的集裝箱船，這也意味著中遠海運集團的訂單已經刷新了甲醇動力集裝箱船規模紀錄。
招商局集團旗下招商輪船斥資40億元訂造6艘甲醇動力汽車運輸船，打造航運業低碳運輸“國家隊”。2023年3月30日，招商局能源運輸股份有限公司(“招商輪船”)發布公告稱，公司與招商工業簽署了2艘9300車位甲醇新能源雙燃料滾裝船的《船舶訂造協議》，2艘船造船款合計不超過1.92億美元(約人民幣13.22億元)。同時，招商輪船還與招商工業簽署4艘9000車位級甲醇新能源雙燃料滾裝船買方選擇權協議。6艘甲醇動力汽車運輸船總價值將達到5.76億美元(約人民幣39.67億元)。這是全球航運業繼集裝箱船和散貨船之后，汽車運輸船領域也迎來了首份甲醇雙燃料大型船訂單。
綜合全球航運業當前主流航運公司的觀點，作為遠洋船舶潛在的替代燃料，甲醇與LNG相比的優勢在于：
(1) 甲醇的碳排放量比LNG低5-10%(結合了從油井到出工廠大門和從船只建造到退役所產生的總碳排放量)。
(2) 與LNG相比，甲醇燃料的成本更低、價格波動更小，當前甲醇大約是LNG價格的一半。
(3) 甲醇燃料發動機使新建船舶的投資成本增加約10%，LNG發動機則要增加約22%。
(4) 甲醇比LNG更容易運輸和儲存，加注時間也只有后者的一半。
(5) 甲醇加注基礎設施比LNG加注基礎設施的建造難度更小、造價更低。
(6) LNG燃料發動機會出現甲烷逃逸現象，導致在發動機中未充分燃燒的甲烷泄漏到廢氣中。甲烷會形成地面臭氧，這是一種危險的空氣污染物和溫室氣體。而甲醇在燃燒過程中即便有少量泄漏，也不會像甲烷那樣造成全球變暖的后果。因此甲醇作為替代燃料比LNG更加環保。
二、氨和氫作為替代能源潛力巨大
氨作為“純綠色”零碳燃料具有很大的潛力，因此全球航運業目前圍繞氨作為船用動力燃料正在進行各類創新研發。氨是一種富氫化合物，它有諸多優點：便于儲存運輸，燃燒不產生二氧化碳，且氨有成熟的生產工藝和良好的產業基礎，在市場上價格比較低廉。歐洲、日本、韓國、中國都已開展氨燃料船舶研發。歐洲主導了氨燃料發動機的研發;日本高度重視氨燃料產業鏈布局，計劃打造涵蓋船舶建造、設備研制、燃料加注的全產業鏈;韓國較為注重標準規范制定，韓國船級社已啟動相關研究;我國主要聚焦于船型研發，上船院和大船集團均發布有氨燃料船舶方案。
德國的船用發動機制造商MAN Energy Solution正在加緊研發以氨為燃料的船用主機，并計劃于2024年將成熟的機型投放市場。2021年10月18日，日本商船三井與MAN ES簽署諒解備忘錄，計劃訂購MAN正在開發的氨燃料船用主機。2023年7月MAN ES宣布，在其哥本哈根研究中心(RCC)的測試發動機上，成功完成了氨燃料的首次運行，此次測試在MAN B&W二沖程發動機上進行并獲得成功。MAN ES二沖程業務負責人Bjarne Foldager表示：“MAN對氨持有積極預期，我們預計到2050年，大型商船使用的燃料中約有27%為氨燃料。”
芬蘭的船用發動機制造商瓦錫蘭(Wartsila)于2021年7月開始在芬蘭瓦薩的內燃機實驗室的船用四沖程內燃機中測試氨，測試結果令人鼓舞，在典型的船用負載范圍內，測試發動機在使用70%氨含量的燃料時運行良好。瓦錫蘭預計2023年內將推出采用純氨燃料的發動機。挪威船東Eidesvik正和瓦錫蘭合作將一艘LNG雙燃料海工輔助船改裝為使用氨燃料發動機的船舶，計劃于2023年完工，屆時這將是全球首艘航行于公海的商業化氨燃料動力船。
國際能源機構(IEA)發表的《2020能源展望》報告顯示，預計到2060年全球將有60%以上的新船使用氨或氫燃料。
氫的利用被認為是全球未來可持續發展的必然趨勢，業界也正圍繞氫燃料在內河和近海船舶上的應用開展試點研究。不過，由于能量密度、成本、安全、加注體系等方面的不利因素，氫燃料在短期內應用到大型遠洋船舶上的可能性不大。
三、電能主要應用于短航距船舶
由于動力性以及續航能力的問題，當前船用動力電池主要還是以應用在短航距的小型船舶上為主。我國沿海和長江流域的航運企業在電動船的開發和應用方面非常活躍，電動船的發展勢頭迅猛。
世界第一艘純電動內河2000噸級散貨船廣州下水：充電兩小時，續航80公里。2017年11月12日，廣船國際為廣州發展瑞華新能源電動船有限公司建造的世界首艘2000噸級新能源純電動船在廣州南沙下水。該船是載重噸為2000噸的內河新能源電動自卸貨船，裝載貨品為電煤，主要航行于珠江內河水域。船上安裝有超級電容+超大功率的鋰電池，整船電池容量約為2400千瓦/時，相當于40臺比亞迪新款E6“先行者”汽車的電池容量。該船實現了真正意義上的全船零排放，開啟了綠色水運之旅，是世界上第一艘全部采用鋰電池為船舶提供動力的內河千噸級貨運船舶。
中遠海運集團建造兩艘700TEU級長江干線純電動集裝箱船，這是長江流域首艘萬噸級電池動力集裝箱船。2022年3月18日，中遠海運集團舉行2艘700TEU級長江干線純電動集裝箱船建造項目簽約儀式，這是長江第一個萬噸級電池動力集裝箱船項目。該2艘700TEU級長江干線純電動集裝箱船掛五星旗，采用碼頭岸基換電方式，全電池動力推進，航速10.5節時，續航力為380公里，通過在長江干線武漢、南京等地布置換電港口，使本船具有超長航行里程。這種以“箱式電源”作為主推進動力的萬噸級江船，在長江流域以船隊運營尚屬首次。
全球載電量最大的純電動游輪“長江三峽1”號迎來通航一周年。2023年3月29日，純電動游輪“長江三峽1”號通航一周年。一年來該船環保效益顯著，接待游客逾13萬人，總用電超90萬千瓦時，減少二氧化碳排放700余噸。“長江三峽1”號總投資1.5億元，乘客定額1300人，配備7500千瓦時船用動力電池，載電量大，智能化高。“長江三峽1”號是全球第一艘采用高壓充電、低壓補電方案的電動船，高效解決大功率港口的充電難題。其充電1次可續航100公里，由三峽電站清潔水電驅動，是一艘環保、節能的綠色船舶，實現了“零噪音、零污染、零排放”運營，相比傳統動力船舶，每年可替代燃油530噸，減少各類有害氣體排放總量達1660噸。
國內首艘純電動拖輪在連云港港交付運行。2021年8月16日，由連云港港自主建造的國內首艘純電動拖輪“云港電拖一號”輪交付運行。該船采用磷酸鐵鋰電池組作為動力源，能夠達到4000馬力常規拖輪使用效果，可完全替代傳統大功率燃油拖輪，實現大氣污染物零排放，填補了國內大功率綠色低碳港作拖輪的空白。該拖輪總電量設計為5000千瓦時，正向拖力48噸，通過高壓岸電系統，該船快充2小時即可充滿電。該拖輪每年可節約300噸燃油，減排約900噸碳氧化物。
億緯鋰能、武漢理工大學和中國船級社共同研發設計的船用集裝箱式移動電源正式發布。2022年5月，億緯鋰能的船用集裝箱式移動電源正式發布并獲中國船級社(CCS)認證證書。該箱式移動電源的發布，大大推進了國內電動船的船用動力電池標準化的進程，為我國電動船的發展助力。該款船用集裝箱式移動電源采用標準20尺海運集裝箱尺寸設計，內部搭載磷酸鐵鋰電池系統，其最大容量接近2000kWh。使用該移動電源的船舶，在碼頭泊位完成一次“換電”，僅需15-30分鐘。
四、風能作為輔助動力獲得越來越多的落地應用
風能，作為遠洋船舶的輔助動力已在全球范圍內被推廣應用，很多船東已經在船隊中安裝風能輔助動力裝置，以達到綠色脫碳以及節省成本的效果。風能輔助動力系統主要有四大主流研發方向，分別是旋筒帆、硬翼帆/板式風帆、風箏帆和充氣式翼帆。
旋筒帆，目前正在歐洲和中國市場異軍突起。它通過驅動圓筒在風中旋轉產生垂直于風速方向的力，為船體提供前行的推力。與其它風力驅動裝置相比，旋筒帆更輕巧、更靈活、應用更廣泛，可以在散貨船、油輪、客輪、滾裝船等多種具有空曠甲板面積的船型上安裝。根據單船安裝旋筒帆的大小與數量不同，平均節省燃料可達5-25%。馬士基最早于2018年8月在其旗下的一艘11萬噸Long Range 2型成品油船“Maersk Pelican”號上安裝了2個由芬蘭設備制造商Norsepower提供的30×5米旋筒帆。勞氏船級社(LR)在2018年3月到2019年9月期間，用了18個月時間在“Maersk Pelican”號上隨船做了實船驗證，通過在全球不同航線上運營，最終勞氏船級社通過大量數據采集、分析和計算，得出了這2個旋筒帆綜合平均8.2%節油率的實船驗證效果。因此旋筒帆的節能效果和經濟性突出，這還不包括減少CO2排放后產生的碳稅價值等額外收益。
國內以疊風新能源科技(天津)有限公司(“疊風科技”)為代表的旋筒帆制造商在國內處于領先位置。疊風科技擁有20多項具有自主知識產權的旋筒帆專利，具備生產24米×4米旋筒帆、35米×5米旋筒帆等風力輔助推進設備的能力。同時公司正在創新性的研發適合中國沿海較小型船舶安裝的10米×2米旋筒帆，以便降低安裝成本，適應中國眾多中小型船東的需求。疊風科技的旋筒帆已經獲得勞氏船級社、日本船級社和中國船級社的認證，可以為船東提供新造船的安裝或者老舊船舶的設計、改造、安裝等一站式服務。疊風科技的旋筒帆對船舶的改造范圍小，無需進塢，可在碼頭進行，改造周期短至15-20天。而且，有固定式/可傾倒式/軌道式等多種形式，供不同船型選擇，利用風能實現對船舶輔助推進，實現10%-20%的節油效果，設備投資回收周期僅2-4年。相比國外最大的兩家旋筒帆廠家Norsepower和Anemoi，疊風科技的旋筒帆在性價比方面有很大優勢，是國產替代的上佳選擇。
硬翼帆/板式風帆，是指直接借助風力產生輔助推進力的硬質機翼形風帆，其原理和機翼相似，并且基本都為可伸縮式。2018年和2020年，大連船舶重工集團有限公司為招商輪船先后建造了兩艘安裝硬翼帆的VLCC——“NEW VITALITY”輪和“NEW ADEN”輪，分別能實現年均3%和9.8%的節油效果。由大連船舶重工研發建造的30.8萬噸超大型原油船“NEW VITALITY”輪是全球首艘安裝風帆裝置的超大型原油船。其船上安裝了兩個可伸縮式板式風帆/硬翼帆。風帆高達39.68米，寬14.8米。為了建造這種大型風帆，我國還自主研發了巨型臥式車床，僅僅是其中的關鍵部件最大直徑就達5.6米，最大長度達15米。2020年交付的“NEW ADEN”輪也是一艘30萬噸超大型原油船，其安裝的兩對大型硬質翼型風帆由中國科研團隊自主研制。風帆升起高度近40米，單翼總表面積達1200平方米，帆葉結構采用了碳纖維復合材料，輕質、高強、高耐。
風箏帆，顧名思義，就是由類似風箏的翼傘提供巨大空氣動力從而為船舶提供額外的輔助前進動力。法國初創公司Airsea在2022年底成功將其產品“Seawing”安裝到了一艘2.1萬噸貨船“Ville de Bordeaux”上，進行了首次測試。Airsea聲稱此項技術能平均減少 20%的排放和燃料消耗。
充氣式翼帆，是一種充氣式、可伸縮、自動化的輔助風帆系統。2021年6-12月，法國知名企業米其林公司將WISAMO翼帆安裝在一艘帆船上，進行了多輪測試，并取得了非常積極的成果。2022年，米其林與Compagnie Maritime Nantaise公司簽署了合作協議，準備在后者的“MN Pelican”號滾裝貨船上安裝表面積100平方米的翼帆，以在實際航行條件下進行技術測試。2022年底，安裝工作在西班牙開始進行。“MN Pelican”號長156米，載重約8800噸，建于1999年，目前租給Brittany Ferries公司運營，每周固定在英國的普爾和西班牙的畢爾巴鄂之間航行。挪威船級社也已向米其林集團頒發了WISAMO翼帆系統的原則性認可(AiP)證書。
五、預計2030年全球航運業脫碳減排投資規模達3500億美元
全球航運業由傳統燃油向綠色低碳新能源轉型是一項漫長、龐大而復雜的系統工程，需要大量的資金投入。根據世界銀行(The World Bank)的預測，零碳燃料的廣泛運用將為船舶新能源市場帶來超過1萬億美元的融資需求。
渣打銀行(Standard Chartered)于2021年4月在新加坡舉行的Marine Money會議上表示：為實現2030年的航運業脫碳減排目標，全球需投入3500億美元資金;要實現2050年脫碳減排目標，需投入1.4萬億美元至1.5萬億美元資金。
全球航運業為脫碳減排目標而投入的資金中，預計87%是陸上的投資，例如生產、儲存、運輸、給船舶加注低碳或零碳燃料的相關基礎設施。其余13%的投資與船舶直接相關，例如新建船舶的低碳燃料主機以及船上燃料存儲設備的研發和生產、舊船的改造、船舶技術升級迭代、低碳燃料效率和包括航速管理在內的運營改進。
六、結論
整體來看，全球航運業關于船舶的主動力能源，在2021年之前LNG作為替代燃料是主流觀點，呼聲比較高;而最近三年，自2021年開始，LNG的聲音有所減弱，取而代之的是更加傾向于以甲醇作為新的替代燃料。氨和氫屬于零碳能源、純綠色能源，作為船用備選替代燃料被普遍看好，但目前還在實驗和測試階段，距離出現大批量實船訂單還需要一段時間。電能作為船舶的主動力能源，目前主要還是應用在短航距的小型船舶上，以沿海和內河船舶為主。風能作為船舶輔助動力，已在全球范圍內獲得越來越多的落地應用，特別是在歐洲已有相當數量的實船安裝范例。
世界在改變，清潔能源船舶占比正在提高。截止2021年11月，以總噸計，全球現有船隊中約4.2%的船舶使用清潔燃料;在手持船隊訂單中的占比已達到34%。全球手持船隊訂單中的清潔燃料船舶共計約有800艘，其中LNG燃料船舶占比68%，電池動力船舶占比14%，LPG船舶占比12%，其他類型的清潔燃料船舶占比6%。使用綠色低碳清潔能源的船舶在全球手持船隊訂單中的占比已在三分之一以上，這是一個讓人倍感欣慰的數據。說明綠色清潔能源已是業界很多船東共同的理念。但是還有三分之二的在建船舶以及95.8%的現有船舶仍在使用傳統燃料，因此全球航運業的綠色低碳之路依然任重而道遠。
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