氨作為有潛力船用燃料的介紹

氨作為一種潛在的船用燃料

由於燃燒時二氧化碳排放量為零，氨 (NH3) 正在成為有潛力的船用燃料。

「綠色氨」是使用再生能源生產的環保版本，是傳統氨的永續替代品。這為船東提供了一種不會產生二氧化碳排放的燃料選擇，這將有助於實現 IMO 的 2050 年減排目標。

氨作為海上燃料

氨傳統上以其在農業和工業部門的使用而聞名，由於其具有減少溫室氣體排放和促進航運可持續發展的潛力，它已成為一種有前途的替代船舶燃料。

氨燃燒技術和燃料電池的進步正在開發中，以解決毒性和低能量密度問題，目的在提高安全性和效率。隨著航運業尋求更環保的解決方案，氨作為永續燃料的角色越來越受到人們的認可。

特性

技術規格/細節

沸點：沸點為-33℃，在室溫下為氣體，需壓縮低溫儲存。

密度： -33 °C 時液體燃料的密度約為 0.68 g/cm3。在標準溫度和壓力下以氣態形式為 0.77 公斤/立方米

溶解度：氨具有高度混溶性，這意味著一旦發生洩漏，它很容易溶解在海水中。然而，它對水生生物有害，其影響因濃度、水溫和 pH 值而異。

可燃性：它本身並不易燃，但在空氣中的可燃範圍為體積的 15% 至 28%，這意味著在此範圍內它可以與空氣形成爆炸性混合物。

毒性：具有劇毒和腐蝕性，需要專門處理。

能量密度：與重質燃油(HFO)（約 12.6 kWh/kg）相比，氨的能量密度較低（約 3.5 kWh/kg） 。這意味著我們需要燃燒幾乎是重油的三倍量的氨才能達到相同的能量輸出。

能源/性能效率：雖然能量密度較低，但氨燃燒接近完全，與重油相比，可能會提高引擎效率。儲存和燃油經濟性等因素將成為關鍵，因為以氨為燃料的船舶將根據航程長度需要更頻繁的加油。

氨的類型

根據其生產方法和用例，氨有以下幾種類型：

傳統氨：透過Haber-Bosch製程生產，該製程將主要來自天然氣的氮氣和氫氣結合在一起。這種類型的氨通常用於肥料和工業應用，並且可以適合用作船用燃料。

綠色氨：使用再生能源生產。該過程包括使用可再生電力電解水產生氫氣，然後用氫氣和大氣中的氮氣合成氨。綠色氨旨在最大限度地減少與其生產相關的碳足跡，被認為是一種更永續的選擇。

藍氨：與傳統氨類似，由天然氣生產，但採用碳捕獲和儲存 (CCS) 技術來減少生產過程中的二氧化碳排放。藍色氨代表了一種過渡方法，旨在降低氨生產的碳強度，同時過渡到更綠色的替代品。

灰氨：指化石燃料產生的氨，未經碳捕獲，會導致更高的二氧化碳排放。它是氨的傳統形式，與綠氨和藍氨相比，環保性較差。

排放概況

傳統氨是由天然氣生產的，在提取和加工過程中會產生大量二氧化碳排放。如果整個生產過程均由再生能源提供動力，那麼綠色氨的排放量將會非常低。

傳統氨的溫室氣體強度約為每噸氨生產1.8-2.2公斤二氧化碳。對於藍氨，該值降至 0.6-1.0，對於綠氨，該值可能接近零。

排放量可能因生產過程、碳捕獲和利用而異，並考慮燃料的生命週期評估（提取、生產、運輸、儲存和燃燒）。

燃料和引擎轉換的技術準備

雖然由於氨燃料發動機尚未在商業上可行，目前沒有使用氨作為燃料的船舶在服役，但有二衝程和四衝程發動機正在開發中。

現有的船用引擎和燃料系統需要進行重大修改或更換，以處理氨的獨特特性。雖然氨不會產生二氧化碳，但它在燃燒過程中會產生氮氧化合物(NOₓ)。需要先進技術或後處理系統，例如SCR，才能有效管理 NOₓ 排放。

Fortescue Green Pioneer 於 2022 年開始了成為世界上第一艘氨動力遠洋船舶的旅程，當時 Fortescue 在其位於珀斯，西澳洲的陸上測試設施成功地將四衝程發動機改裝為使用氨與柴油結合運行。

2024 年 7 月，總部位於布魯克林的Amogy和總部位於大阪的Yanmar宣布合作，協助海上燃料脫碳技術。他們計劃開發船舶發電設備，利用Amogy先進的氨裂解技術生產氫燃料提供給Yanmar的氫內燃機使用。

操作注意事項

儲存和處理

氨以低於其沸點 -33 °C 的溫度儲存在專門的加壓艙中。需要採用雙壁隔熱艙設計來維持所需的溫度並防止洩漏。

充足的通風和氣體吸收系統對於驅散任何意外釋放的氨氣、防止有毒揮發氣的累積至關重要。

船上應安裝氨氣探測器和警報器，以提供洩漏預警並持續監測空氣品質。

一般安全

氨是一種無色氣體，具有獨特的刺激性氣味。如果吸入、攝入或透過皮膚吸收，它會帶來健康風險。

它具有劇毒，接觸會導致嚴重的呼吸道問題、皮膚刺激和燒傷。處理過程需要個人防護裝備 (PPE) 以保護工人免受氨暴露，包括手套、護目鏡和防毒面具。使用帶有氨專用過濾器的高效呼吸器可以防止吸入氨蒸氣。

應定期進行演習，為潛在的氨洩漏或溢出做好準備，確保工作人員熟悉遏制、中和（使用酸來中和溢出）以及清潔和疏散程序。緊急應變將包括以洗眼和沐浴形式進行的急救。

加油基礎設施

與LNG加注船一樣，IGC 規則將適用於受 SOLAS 公約約束的無水氨加註船。

船級社、船籍國政府、港口國和船用天然氣協會在提供與氨操作相關的指南、建議、技術專業知識和流程方面發揮了重要作用。

卡車到船、船到船和碼頭到船是三種加油選項，前者提供更好的靈活性，後者提供更高的加油率和加油量。

加油站的特殊考慮因素包括與船舶其他區域的隔離、強制通風、緊急關閉系統、緊急釋放/拉斷接頭、快速連接接頭、洩漏檢測、洩漏安全、接地/隔離法蘭、惰化和吹掃系統等。

可用性和成本計算

2018年全球氨產量為1.7億噸，高於2000年的1.26億噸。

計畫新增產能97%是以天然氣為原料，且主要集中在天然氣廉價的國家。全球氨的31%產自中國，10%產自俄羅斯，8.9%產自美國，7.9%產於印度。

相較之下，2020 年所有船舶的燃料消耗量預計為 2 億噸，相當於能源基礎上約 5 億噸氨。由於航運燃料需求預計也將進一步增加，目前氨的生產只能滿足船用燃料需求的一小部分。

再生氨的生產成本在很大程度上取決於以下主要參數：

• 再生電力（太陽能/風能/水力等）的價格。
• 基礎設施和資本支出。
• 用於電解和合成氨的電解槽技術。

根據一般估計，綠氨的生產成本一般估計在每噸500-1,200美元之間。技術進步和再生能源的可負擔性以及政府的支持性法規和激勵措施將使氨價格降低至 300 至 700 美元的範圍。

結論

隨著海運業尋求更環保的解決方案，氨為更清潔的船用燃料提供了一條有前途的途徑。能否成功將取決於持續的創新和克服當前的限制。

採用氨作為船用燃料符合Azolla對永續未來的承諾。透過採用更環保的創新燃料，我們不僅可以確保遵守法規，還可以為子孫後代保護海洋生態系統做出貢獻。

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