船舶動(dòng)力系統(tǒng)向“綠”而行

從LNG率先破冰、甲醇強(qiáng)勢突圍，到氨能引領(lǐng)零碳未來，再到燃料電池聚焦短途創(chuàng)新，每一種新能源都以獨(dú)特優(yōu)勢為航運(yùn)減排提供解決方案，卻也在技術(shù)、安全、基建等維度遭遇共性挑戰(zhàn)。

在浩瀚無垠的海洋之上，船舶宛如靈動(dòng)的紐帶，將世界的各個(gè)角落緊密相連。長久以來，傳統(tǒng)燃油在推動(dòng)船舶破浪前行的同時(shí)，也悄然給環(huán)境套上了沉重的枷鎖。船舶尾氣中肆意排放的二氧化碳、硫氧化物和顆粒物，如同一把把利刃，無情地破壞著海洋生態(tài)與大氣環(huán)境。

時(shí)代浪潮奔涌向前，全球環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷覺醒，一場關(guān)乎船舶動(dòng)力系統(tǒng)的綠色變革，如同破曉的曙光，在碧波之上徐徐展開。工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委等五部門聯(lián)合頒布的《船舶制造業(yè)綠色發(fā)展行動(dòng)綱要（2024—2030年）》明確提出，要加快船舶綠色動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用，實(shí)施船舶動(dòng)力創(chuàng)新工程。提升傳統(tǒng)燃油、液化天然氣（LNG）船用發(fā)動(dòng)機(jī)效率，穩(wěn)步擴(kuò)大LNG船用發(fā)動(dòng)機(jī)市場應(yīng)用規(guī)模；推進(jìn)甲醇、氨燃料等低碳、零碳燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)攻關(guān)，形成全功率譜系甲醇和氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研制能力，實(shí)現(xiàn)規(guī)模示范效應(yīng)；積極穩(wěn)妥擴(kuò)大燃料電池、動(dòng)力電池在船舶的應(yīng)用范圍；兼顧液化石油氣（LPG）、生物柴油、乙醇等燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展，開展氫燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)，滿足航運(yùn)市場多元化綠色低碳發(fā)展需求。

這場船舶動(dòng)力系統(tǒng)的綠色變革絕非空談，而是實(shí)實(shí)在在地聚焦于燃料革新與技術(shù)突破。當(dāng)環(huán)保需求與航運(yùn)發(fā)展的天平亟待重新平衡，哪些新型燃料能夠扛起船舶動(dòng)力變革的大旗？它們又將如何在實(shí)際應(yīng)用中改寫船舶航行的“動(dòng)力密碼”？讓我們一同深入了解LNG、甲醇、氨燃料、燃料電池等新一代船用能源，揭開它們?yōu)榫G色航運(yùn)未來點(diǎn)亮希望之光的奧秘。

LNG：綠色變革的先鋒

LNG，即液化天然氣，是在-162℃超低溫環(huán)境下液化的天然氣，呈無色、無味、無毒且無腐蝕性的液態(tài)。液化后其體積僅為氣態(tài)時(shí)的1/600，這一特性極大提升了天然氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸便利性，顯著提高了能源利用效率。

作為清潔的化石燃料，天然氣的主要成分甲烷（CH4）在燃燒時(shí)，主要生成二氧化碳和水。與傳統(tǒng)燃油相比，LNG的二氧化碳排放量銳減約25%，同時(shí)幾乎不產(chǎn)生硫氧化物（SOX）和顆粒物。這種突出的環(huán)保優(yōu)勢，使其成為船舶動(dòng)力系統(tǒng)綠色變革的理想選擇。

從大型集裝箱船到LNG運(yùn)輸船，再到短途渡輪與內(nèi)河航運(yùn)船舶，LNG動(dòng)力在航運(yùn)各領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展深化，展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力與廣闊的發(fā)展前景。

越來越多的大型集裝箱船開始采用LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。2025年4月，中國船舶集團(tuán)旗下滬東中華為法國航運(yùn)巨頭達(dá)飛集團(tuán)（CMA CGM）成功交付全球最大24000TEU級(jí)LNG雙燃料集裝箱船“達(dá)飛塞納河”號(hào)，這艘海上巨輪不僅可容納23876個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，更配備18600立方米超大容量LNG燃料艙，單次續(xù)航里程近2萬海里，相當(dāng)于繞地球赤道近一圈。同年2月，達(dá)飛集團(tuán)與中國船舶集團(tuán)旗下江南造船簽訂12艘18000TEU級(jí)LNG雙燃料集裝箱船訂單，充分彰顯了行業(yè)對(duì)LNG動(dòng)力船舶的堅(jiān)定信心。

LNG運(yùn)輸船憑借能源自給自足的獨(dú)特設(shè)計(jì)，將裝載的LNG既作為運(yùn)輸貨物，又用作動(dòng)力燃料，提升了船舶運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性，有效降低了對(duì)傳統(tǒng)燃油的依賴。2023年9月，滬東中華自主研發(fā)的27.1萬立方米超大型LNG運(yùn)輸船，獲得美國、英國、法國、挪威、中國五大船級(jí)社頒發(fā)的原則性認(rèn)可（AiP）證書，單船可運(yùn)輸1.55億立方米天然氣，滿足470萬戶家庭一個(gè)月的用氣。

在短途渡輪與內(nèi)河航運(yùn)的綠色變革進(jìn)程中，LNG動(dòng)力船舶同樣展現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。作為中國內(nèi)河航運(yùn)綠色變革的先行者，武漢輪渡302號(hào)早在2010年便完成試航，成為國內(nèi)首艘LNG-柴油雙燃料動(dòng)力船。運(yùn)營數(shù)據(jù)顯示，該船在航行過程中LNG替代率高達(dá)66%～80%，硫氧化物排放量驟減70%，氮氧化物排放量降低35%～40%， 同時(shí)燃料成本節(jié)省達(dá)20%。這艘“綠色先鋒”以顯著的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，驗(yàn)證了LNG動(dòng)力在內(nèi)河船舶領(lǐng)域的可行性，為我國內(nèi)河航運(yùn)的低碳化變革提供了極具價(jià)值的實(shí)踐樣本與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

在享受其環(huán)保與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的同時(shí)，我們也需正視LNG動(dòng)力的潛在風(fēng)險(xiǎn)——作為LNG主要成分的甲烷，既是清潔燃料的核心，也是極具破壞力的溫室氣體，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的84倍。這使得LNG在生產(chǎn)、運(yùn)輸及船舶使用全生命周期中，一旦發(fā)生氣體泄漏，將對(duì)全球氣候造成不可小覷的負(fù)面影響。因此，如何有效控制甲烷逃逸是LNG動(dòng)力船舶面臨的重要技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

與此同時(shí)，加注設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的不完善成為制約LNG動(dòng)力船舶發(fā)展的另一道屏障。相較于遍布全球港口的傳統(tǒng)燃油補(bǔ)給點(diǎn)，當(dāng)前僅有少數(shù)港口具備LNG加注能力。這種基礎(chǔ)設(shè)施的缺口，不僅增加了船舶運(yùn)營的復(fù)雜性與成本，更限制了航線規(guī)劃的靈活性。因此，加速LNG加注站建設(shè)，完善從氣源供應(yīng)到終端使用的全鏈條服務(wù)體系，已成為推動(dòng)LNG動(dòng)力船舶廣泛應(yīng)用、釋放綠色航運(yùn)潛力的當(dāng)務(wù)之急。

全球首艘甲醇動(dòng)力集裝箱船“Laura Maersk”號(hào)于2023年9月交付。 圖/Maersk

甲醇：嶄露頭角的新勢力

甲醇作為新一代清潔船用燃料，憑借突出的環(huán)保特性與安全優(yōu)勢，成為船舶動(dòng)力領(lǐng)域的革新力量。從環(huán)保層面來看，甲醇在燃燒過程中主要生成二氧化碳和水，幾乎不產(chǎn)生硫氧化物與顆粒物，氮氧化物（NOX）排放量也低于傳統(tǒng)燃油。在安全性方面，甲醇的閃點(diǎn)為11℃，屬于中閃點(diǎn)液體，相較于汽油等易燃易爆燃料，具有更低的自燃風(fēng)險(xiǎn)。

甲醇燃料憑借環(huán)保與安全的雙重優(yōu)勢，從理論構(gòu)想走向產(chǎn)業(yè)實(shí)踐已具備堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2023年9月，全球首艘甲醇動(dòng)力集裝箱船“Laura Maersk”號(hào)成功交付。這艘由馬士基訂造的船舶標(biāo)志著甲醇動(dòng)力正式登上船舶動(dòng)力的舞臺(tái)。該船采用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠同時(shí)使用甲醇和傳統(tǒng)燃油，投入運(yùn)營后，每日能夠減少100噸碳排放，有力推動(dòng)了航運(yùn)業(yè)的綠色變革進(jìn)程。

我國在甲醇動(dòng)力船舶領(lǐng)域同樣成果斐然。2025年2月，我國首艘大型甲醇集裝箱船“中遠(yuǎn)海運(yùn)洋浦”輪驚艷亮相。該船創(chuàng)新性地采用純甲醇模式驅(qū)動(dòng)，具備強(qiáng)大的續(xù)航能力，可輕松跨太平洋航行。尤為引人矚目的是，在船舶的全生命周期中，其碳減排幅度高達(dá)95%。

甲醇動(dòng)力船舶技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用仍面臨諸多亟待攻克的難關(guān)。甲醇自身帶有一定腐蝕性，一旦與船舶的燃料系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)部件長期接觸，極有可能造成設(shè)備腐蝕，縮短其正常使用壽命。從腐蝕原理來看，甲醇在特定條件下會(huì)與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，例如與鋁反應(yīng)生成具有強(qiáng)腐蝕性的甲醇鋁，從而加速金屬的損耗。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，科研人員與船舶制造企業(yè)正積極探索解決方案，一方面研發(fā)諸如聚氨酯、環(huán)氧樹脂等高性能防腐涂層，通過在金屬表面形成致密防護(hù)層，隔絕甲醇與金屬的直接接觸；另一方面則嘗試采用新型合金材料，像在鋁中添加銅、鎂等元素制成的鋁鎂合金，在甲醇環(huán)境中展現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能，有望從材料源頭提升設(shè)備的抗腐蝕能力。

甲醇的能量密度相對(duì)較低，約為19.7MJ/L，低于傳統(tǒng)燃油，這意味著甲醇動(dòng)力船舶需要更大的燃料艙來滿足相同的續(xù)航里程要求。因此，如何優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)、提高燃料利用效率，是甲醇動(dòng)力船舶需要解決的重要問題之一。

與LNG動(dòng)力船舶面臨的困境類似，甲醇加注設(shè)施的稀缺同樣制約著甲醇動(dòng)力船舶的廣泛應(yīng)用。

由液化天然氣驅(qū)動(dòng)的“達(dá)飛 塞納河”號(hào)融入了前沿的技術(shù)創(chuàng)新，減輕了對(duì)環(huán)境的影響。 圖/央視新聞

氨能：潛力無限的零碳希望

在全球能源結(jié)構(gòu)加速向低碳化、零碳化轉(zhuǎn)型下，氨作為極具潛力的零碳燃料，正從幕后走向聚光燈下。其燃燒產(chǎn)物僅為氮?dú)夂退瑤缀醪划a(chǎn)生二氧化碳，這種近乎“零碳排”的特性，使其成為滿足全球日益嚴(yán)苛環(huán)保法規(guī)的理想選擇，為航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了全新路徑。

從原料供應(yīng)角度看，氨的制備極具可持續(xù)性。其主要原料氮?dú)庹即髿獬煞值?8%，取之不盡；氫氣則可通過電解水等方式獲取。隨著光伏、風(fēng)電等可再生能源技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以綠電驅(qū)動(dòng)電解水制氫進(jìn)而合成氨的“綠氨”生產(chǎn)模式，成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。這一閉環(huán)生產(chǎn)過程全程零碳排放，突破了傳統(tǒng)氨生產(chǎn)的碳約束，將隨著技術(shù)成熟逐步降低成本，讓氨燃料在經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性上實(shí)現(xiàn)雙重躍升。

在全球航運(yùn)業(yè)加速綠色轉(zhuǎn)型的浪潮中，日本郵船將一艘LNG拖船進(jìn)行改造，打造出全球首艘氨燃料商船——“魁”號(hào)。2024年7月，“魁”號(hào)采用創(chuàng)新的“卡車對(duì)船”加注方式，成功完成首批氨燃料的加注工作，這一突破性操作開啟了氨燃料海上運(yùn)輸?shù)男缕隆?025年3月，“魁”號(hào)順利完成示范航行。此次航行中，“魁”號(hào)的表現(xiàn)十分驚艷，實(shí)現(xiàn)了溫室氣體排放量銳減約95%的優(yōu)異成績。船上搭載的氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)嚴(yán)格測試，未燃燒的氨氣和一氧化二氮排放量近乎為零。

與此同時(shí)，中國在氨燃料船舶研發(fā)領(lǐng)域也取得重大進(jìn)展。2024年9月，由中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院（MARIC）自主研發(fā)設(shè)計(jì)的HERCULES大力神系列16000TEU氨燃料動(dòng)力大型集裝箱船，榮獲中國船級(jí)社（CCS）頒發(fā)的原則性認(rèn)可證書。這一里程碑式成果，標(biāo)志著中國在大型氨燃料船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域成功躋身世界前列，為全球航運(yùn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型注入了強(qiáng)勁動(dòng)能。

氨燃料大規(guī)模應(yīng)用的背后，潛在風(fēng)險(xiǎn)與技術(shù)挑戰(zhàn)不容忽視。氨具有較強(qiáng)的毒性，高濃度氨氣一旦泄漏并被人體吸入，會(huì)對(duì)呼吸道黏膜、眼睛等造成強(qiáng)烈刺激與損傷，甚至造成心臟停搏、呼吸停止等危及生命的嚴(yán)重后果。因此，在船舶上運(yùn)用氨作為燃料時(shí)，必須構(gòu)建全方位、多層次的安全防護(hù)體系。從硬件設(shè)施來看，需采用雙層儲(chǔ)罐，其具備內(nèi)層存儲(chǔ)、外層防護(hù)的雙重結(jié)構(gòu)，即便內(nèi)層儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，外層也能有效阻止氨氣溢出；同時(shí)，安裝高精度的泄漏檢測系統(tǒng)，如利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)罐、管道等關(guān)鍵部位的氨氣濃度，一旦超過安全閾值，立即觸發(fā)聲光報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)迅速排出泄漏氣體，降低艙內(nèi)氨氣濃度。

氨的燃燒特性也為其在船舶動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。相較于傳統(tǒng)燃油，氨的燃燒速度較為緩慢，燃燒穩(wěn)定性欠佳，這不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，還可能導(dǎo)致燃燒不充分，增加污染物排放。為解決這一問題，現(xiàn)階段普遍采用添加引燃燃料（如氫氣或少量柴油）的方式來提升燃燒效率，但這無疑增加了燃料系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本。目前，眾多科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)全力投入研發(fā)，探索改進(jìn)燃燒技術(shù)的新路徑。例如，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的噴射系統(tǒng)精準(zhǔn)控制氨燃料的噴射量與噴射時(shí)機(jī)，提升燃料與空氣的混合效果，使燃燒過程更加穩(wěn)定、高效；同時(shí)，開發(fā)專門適配氨燃料的高性能催化劑，降低燃燒反應(yīng)的活化能，促進(jìn)氨的充分燃燒，力求在不依賴引燃燃料的情況下，實(shí)現(xiàn)氨動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)性能的全面提升。

與LNG、甲醇動(dòng)力船舶面臨的困境相似，基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善同樣制約著氨動(dòng)力船舶的推廣。

在船舶上運(yùn)用氨作為燃料時(shí)，必須構(gòu)建全方位、多層次的安全防護(hù)體系。

燃料電池：短途航行的得力助手

燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲醇等）和氧化劑（通常是氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，過程中幾乎不產(chǎn)生污染物，是一種非常清潔的能源技術(shù)。

在船舶動(dòng)力領(lǐng)域，燃料電池展現(xiàn)出獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用潛力。從環(huán)保維度來看，其反應(yīng)過程僅產(chǎn)生水，完全規(guī)避了二氧化碳、硫氧化物及顆粒物的排放，堪稱零碳排的“綠色心臟”。在能源效率方面，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)40%～60%，較傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)25%～30%的轉(zhuǎn)化效率大幅提升，降低了燃料消耗，減少了能源浪費(fèi)。

在運(yùn)行特性上，燃料電池以靜默運(yùn)作著稱，幾乎不產(chǎn)生機(jī)械噪聲，既為船員營造了靜謐舒適的工作環(huán)境，也最大限度減少了對(duì)海洋生物聲吶系統(tǒng)的干擾，守護(hù)了海洋生態(tài)的寧靜。此外，燃料電池強(qiáng)大的燃料兼容性賦予船舶多元選擇，無論是氫氣、甲醇等新興清潔能源，還是天然氣等傳統(tǒng)能源，均可作為反應(yīng)介質(zhì)，降低了船舶對(duì)單一燃料的依賴，增強(qiáng)了航運(yùn)能源供應(yīng)的靈活性與穩(wěn)定性。

在全球積極推動(dòng)綠色航運(yùn)、努力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的大背景下，2025年4月，洋馬公司（Yanmar）研發(fā)的GH320FC船用氫燃料電池系統(tǒng)順利獲得了挪威船級(jí)社（DNV）頒發(fā)的原則性認(rèn)可證書。它標(biāo)志著洋馬GH320FC船用氫燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、技術(shù)架構(gòu)以及安全標(biāo)準(zhǔn)等各方面，均得到了國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。值得一提的是，洋馬的這款系統(tǒng)成功躋身全球首批通過該認(rèn)證的兆瓦級(jí)船用氫燃料電池系統(tǒng)之列。

2024年8月，中國首艘氫燃料電池動(dòng)力船舶“三峽氫舟1號(hào)”在三峽壩區(qū)開啟首航之旅。該船主要采用氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，輔以磷酸鐵鋰電池動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行。尤為亮眼的是，“三峽氫舟1號(hào)”充分依托三峽清潔能源優(yōu)勢，開創(chuàng)性地利用三峽綠電制氫，實(shí)現(xiàn)全航程“只排水、零排放”的綠色航行。

當(dāng)前，燃料電池的能量密度偏低，成為制約其在船舶領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一大關(guān)鍵瓶頸。燃料電池動(dòng)力船舶的續(xù)航里程通常不足200公里，這限制了其在長途航行中的應(yīng)用，主要適用于短途渡輪、港口作業(yè)船和內(nèi)河船舶。

從成本角度來看，燃料電池系統(tǒng)的制造成本居高不下，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），其核心組件如質(zhì)子交換膜、催化劑等，生產(chǎn)工藝復(fù)雜且依賴進(jìn)口，致使成本高昂。不僅如此，氫氣等燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本同樣不菲，氫氣需要在高壓、低溫等特殊條件下儲(chǔ)存，運(yùn)輸過程中也面臨著較大的能量損耗，這些因素疊加，使得燃料電池動(dòng)力船舶的初期投資與運(yùn)營成本遠(yuǎn)超傳統(tǒng)船舶。

這場席卷全球的船舶動(dòng)力綠色變革，既是航運(yùn)業(yè)直面環(huán)境危機(jī)的破局之戰(zhàn)，也是人類探索可持續(xù)發(fā)展路徑的生動(dòng)縮影。從LNG率先破冰、甲醇強(qiáng)勢突圍，到氨能引領(lǐng)零碳未來，再到燃料電池聚焦短途創(chuàng)新，每一種新能源都以獨(dú)特優(yōu)勢為航運(yùn)減排提供解決方案，卻也在技術(shù)、安全、基建等維度遭遇共性挑戰(zhàn)。破解這些難題，不僅需要科研團(tuán)隊(duì)在材料科學(xué)、燃燒技術(shù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)上持續(xù)攻關(guān)，更依賴于政府、企業(yè)與國際組織攜手構(gòu)建完善的燃料供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一安全標(biāo)準(zhǔn)與激勵(lì)機(jī)制。

當(dāng)技術(shù)突破的星火匯聚成炬，當(dāng)全球協(xié)作的共識(shí)凝聚成勢，我們有理由相信，綠色航運(yùn)的藍(lán)圖終將從紙面躍入現(xiàn)實(shí)，讓碧波之上的船舶真正成為守護(hù)地球生態(tài)的“綠色使者”，在世界貿(mào)易的航道上開拓清潔、高效的嶄新未來。（作者單位：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心）

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年7月號(hào)）

【點(diǎn)擊下方小程序購買本期雜志】

編校：范曉華，審讀：郭麗

/ / / / /

/ / / / /

/ /

/ / / / /

/ / / /