近日,日本川崎汽船與三菱造船、日本船級社宣布合作,計劃在其運煤船上部署一個小規模二氧化碳捕獲設備,這將是全球首次海上碳捕獲。

 

這一名為“Carbon Capture on the Ocean”(CC-Ocean)的項目得到了日本國土交通省海事局的支持,作為其推進船舶資源技術研究開發支持項目的一部分。在日本國土交通省的支持下,合作伙伴將共同在川崎汽船的一艘船上安裝一個小型二氧化碳捕獲示范設備,對設備進行運營測試并測量其性能。船用二氧化碳捕獲示范設備將以陸上設備為基礎,旨在捕獲船舶的部分氣體排放。

 

該項目旨在驗證捕獲和儲存船舶排放的二氧化碳的有效性,以及海上二氧化碳捕獲設備的可操作性和安全性。示范測試旨在促進開發船舶環境所需的更緊湊的設備,同時也發展海上穩定連續運行所需的系統要求。

 

這個為期兩年的項目在今年8月啟動,將對示范設備進行HAZID(危害鑒定)評估,并在船上部署,由日本船級社檢驗。日本船級社表示:“這個在海上進行的示范試驗是世界上首個此類試驗,所獲得的知識將用于未來技術和系統的開發,以從船舶設備和船舶廢氣中捕獲二氧化碳。”

 

三菱造船將開始開發和建造一個小規模二氧化碳捕獲師范生,并進行系統安全評估。預計三菱造船將于2021年中期在其工廠測試示范設備的運行,隨后部署在川崎汽船為日本東北電力公司運營的運煤船“Corona Utility”號(建于2016年)上。

 

到2021財年年末,項目合作伙伴預計將開始在船上運行示范設備,并測量該系統在船用條件下的性能。川崎汽船表示:“作為全球首個船舶示范測試,該項目將為捕獲二氧化碳排放及實現船上零排放設施設計和技術提供寶貴間接。”

 

“另外,捕獲的二氧化碳有望回收作為提高原油采收率(EOR)過程中一種新的二氧化碳來源,或者通過甲烷化作為合成燃料的原材料。憑借這種方式,該項目將對長期減少溫室氣體排放做出巨大貢獻。”

 

根據國際海事組織(IMO)的航運業二氧化碳減排“初步戰略”,至2050年,將航運板塊的二氧化碳總排放量削減50%,并努力逐步實現零碳目標。該協議包括將航運業納入巴黎協定的溫控目標——將全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2攝氏度之內。為了實現最終減排目標,航運業一直在尋找有效的減排措施。那么,目前除了碳捕獲之外,航運業還在探索哪些減排措施呢?

 

據某航運機構與海事戰略國際公司(MSI)聯合開展的一項最新研究顯示,航運業去碳化目標可以通過三種可行的路徑來實現。它們分別是:輕氣體、重氣體和醇類、生物燃料或合成燃料。

 

1、輕氣體路徑

 

這個類別是指由小分子、低碳氫比構成的燃料,包括LNG、生物LNG、合成天然氣(SNG)或者可再生天然氣(RNG),它們可由生物質和/或可再生能源生產得來。目前通過生物生產合成燃料或可再生燃料的規模有限,必須擴大規模才能用作商業上可行的解決方案。

 

作為一種低碳燃料,LNG可與新技術和/或船舶運行措施結合使用,來實現2030減排目標。如果與生物LNG、合成天然氣或可再生天然氣混合使用,LNG還可以進一步降低航運業碳排放。

 

輕氣體中的氫氣也有可能成為未來零碳船舶的一種解決方案,因為氫氣擴散率高,火焰傳播速度快,并且是在所有候選燃料中每單位質量能量含量最高的一種。

 

2、重氣體和醇類路徑

 

這個類別下燃油的構成分子比輕氣體群更大,它們的碳氫比也相對較高,因此其二氧化碳減排的潛力和能量含量也就相對較低。不過它們的燃油儲存和供應需求也相應地更為寬松。這類燃油包括LPG、甲醇、乙醇和氨。

 

LPG的能量含量高于醇類,可能更適合在現代雙燃料發動機中使用,但由于其減排潛力較低并且存在安全方面的挑戰,LPG還沒有像LNG一樣得到較為廣泛的采用。

 

不過,目前發動機制造商已經將甲醇和LPG視為成熟的燃料類型,它們已經開始銷售能夠使用這類燃料的發動機平臺。因此,這些燃料可以用來實現航運業的2030碳減排目標,如果它們在未來可以通過可再生方式生產的話,還可以為開發碳中性推進系統鋪平道路。

 

排在重氣體或醇類譜系末端的是氨氣,如果以可再生方式生產的話,氨氣也能成為零碳燃料。盡管氨氣具有毒性并且有著更為嚴格的處理要求,氨氣發動機卻已經在設計當中了。最近業界有團隊已經揭曉了氨燃料支線船設計。

 

專家指出,要使氨氣成為商業上可行的長期燃料選項,行業就需要建立全面的供應方基礎設施,并制定和實施全新、嚴格的安全條例

 

3、生物或可再生燃料路徑

 

這個類別包括由生物質,如植物、廢油和農業廢料,生產的燃料。

 

除化石和生物質來源外,還可以通過二氧化碳回收(CDR)來生產電燃料,該技術可將二氧化碳轉化為合成氣,而合成氣又可用于生產生物LNG或生物甲醇。二氧化碳回收具有從大氣中去除二氧化碳并將其用于生產電燃料的潛力,從而能最大限度地減少燃料生產所需的能源。

 

航運業的去碳化使命將給該領域帶來眾多變化,包括船舶設計、安全和環保法規以及貿易模式和貨物運量等等方面。

 

專家表示,每單位體積能量含量較低的低碳和零碳燃料,例如甲醇、氨氣或氫氣,如果用作初級燃料,可能會需要對船舶進行整體重新設計。能量含量低的燃料需要更大的儲罐來儲存,儲罐在船上的位置將是設計時需要考慮的一大關鍵因素。新型發電系統(如燃料電池)也可能會改變當前的船舶機艙架構。這些設備或許會促進船舶空間的利用效率,因為它們可以分布式放置。

 

預計到2050年,石油基燃料將占據相當大的市場份額(高達40%),這樣一來,碳捕獲和封存系統不僅會在岸上得到推廣,海船上也有可能會得到應用。

 

碳捕獲科普

 

碳捕獲與封存(Carbon Capture and Storage,簡稱CCS)是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集起來,并用各種方法儲存或者利用的過程,以避免其排放到大氣中的一種技術。該技術的吸引力在于能夠減少燃燒化石燃料產生的有害氣體——溫室氣體。CCS技術包括二氧化碳捕集、運輸以及封存三個環節,它可以使單位發電碳排放減少85%～90%。在世界石油會議(WPC)上,能源行業的老總們都熱切希望把它當作一個解決氣候將變暖的方案。

 

碳捕獲是世界發達國家在環保方面的一項新技術,主要是指將二氧化碳捕獲后,存放在地下或海底里。如英國2009年能源和氣候變化部提出了一個新計劃,在全球范圍內大力推廣碳捕獲技術。據專家估計,如果全面應用,可以使人類減排成本降低30%。