航運業(yè)的溫室氣體排放量約占全球總量的 2.5%，每年排放近10億噸二氧化碳。聯(lián)合國航運管理機構(gòu)國際海事組織（IMO）呼吁到2050年將溫室氣體排放量在2008年的水平上減少50%，以便使該行業(yè)與排放目標相協(xié)調(diào)。

然而，由于低碳燃料在要求的規(guī)模上沒有得到廣泛使用，在未來幾十年內(nèi)整個航運業(yè)將面臨巨大的脫碳壓力。為了實現(xiàn)國際海事組織的目標，行業(yè)領(lǐng)袖們表示，到2030年，第一批凈零排放的船舶必須進入全球艦隊。因此，探索低碳燃料的替代品，為未來幾十年即將到來的能源轉(zhuǎn)型做準備，勢在必行。

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氫是目前清潔燃料替代品的領(lǐng)導(dǎo)者

在目前正在試用的幾種清潔燃料替代品中，氫顯然是最受關(guān)注的。全球海事論壇從2021年3月開始的一項研究調(diào)查了106個著眼于全球海運零排放的項目，發(fā)現(xiàn)近一半的項目集中于氫作為低碳燃料來源。與其他燃料替代品相比，氫燃料的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是使用氫燃料電池改裝現(xiàn)有船舶相對容易。

雖然還沒有大型運輸船使用氫進行測試，但美國、比利時、法國和挪威已經(jīng)對氫動力渡輪和小型運輸船進行了試航。

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氫作為運輸燃料的好處是什么？

現(xiàn)有的全球氫市場。全世界每年生產(chǎn)7000萬噸的氫氣用于工業(yè)用途。此外，由于預(yù)計清潔能源需求將不斷增加，公司和國家將尋求擴大生產(chǎn)能力的項目，因此氫市場在未來將不斷增大。例如，德國的目標是到2040年為綠色氫創(chuàng)造1000萬千瓦的國內(nèi)電解能力。

氫可以大量儲存很長一段時間。這對航運業(yè)、一般交通運輸、工業(yè)和能源部門都是有利的。

燃料電池技術(shù)不斷發(fā)展，并且可以在大多數(shù)船舶上進行改造。對于較大型船舶，燃料電池通常用于與柴油發(fā)電機組成混合動力系統(tǒng)或是直接用于輔助動力系統(tǒng)來進行工作。對于小型船舶，燃料電池系統(tǒng)已可以作為主推進系統(tǒng)工作。

藍氫和綠氫為航運業(yè)提供了一條顯著減少溫室氣體排放的途徑。此外，氫燃料電池相對安靜，限制了噪音污染，只釋放水作為副產(chǎn)品，符合國際上各公約對船舶排放的限制要求。

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氫作為運輸燃料面臨哪些挑戰(zhàn)？

氫氣安全性需要考慮。由于船舶的發(fā)動機室空間有限，如果處理不當，任何輕微的泄漏都很容易導(dǎo)致氫氣積聚和爆炸。因此，儲氫場所和燃料電池艙應(yīng)有適當?shù)陌踩胧源_保安全完整性水平。

燃料電池穩(wěn)定性有待提高。氫燃料電池對工作溫度的兼容性、對環(huán)境毒性的敏感性及啟停循環(huán)中的耐久性等問題仍待解決。此外，船舶行駛的特殊工作環(huán)境如腐蝕、震動撞擊、搖晃程度等環(huán)境因素都會造成電池堆內(nèi)部的不平衡性，需要特別注意。

氫氣價格昂貴。雖然灰氫目前價格與傳統(tǒng)燃料來源相當具有競爭力，價格約為1~2美元/kg。但灰氫無法提供可持續(xù)的解決方案，以減少溫室氣體排放的規(guī)模。藍氫比灰氫貴30-80%，綠氫比灰氫貴4倍。雖然隨著可再生電力和電解成本的下降，藍氫和綠氫的零售價格預(yù)計將下降，但短期來看價格依舊過高。

缺少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。因此通過政府干預(yù)對于促進綠氫技術(shù)的投資以及發(fā)展綠氫與灰氫價格競爭所需的加氫和氫氣運輸基礎(chǔ)設(shè)施是必要的。

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氫燃料電池船舶應(yīng)用案例

由于氫燃料電池在各方面的局限性，其開發(fā)和應(yīng)用對于民用船舶來說仍處于起步階段，目前氫燃料電池系統(tǒng)只在潛艇的AIP系統(tǒng)中有成熟的實際應(yīng)用，例如德國的212A型潛艇，日本的“浦島”小型深海AUV調(diào)查艇。

Hydroville作為世界上第一艘氫動力客輪運營。它的混合動力發(fā)動機允許它同時使用氫氣和柴油。此外，CMB已經(jīng)建造了另外幾艘氫動力船，包括一艘規(guī)模更大的80人渡輪，計劃于2021年初在日本試航。

歐洲創(chuàng)新項目FLAGSHIPS正準備部署世界上第一艘使用氫氣的商業(yè)貨運船。該項目最初的計劃是在里昂地區(qū)部署一艘小型氫動力船只，但隨著氫氣在貨物運輸中更大的潛力出現(xiàn)被改為了內(nèi)陸貨船。新船將負責在塞納河沿岸的托盤和集裝箱中運送貨物。

海上專用燃料電池系統(tǒng)由豐田歐洲技術(shù)中心在7個月內(nèi)開發(fā)完。它需要重新設(shè)計系統(tǒng)，并使用在豐田MIRAI上應(yīng)用的燃料電池零部件，這些部件被安裝到一個更緊湊的模塊中，以適應(yīng)海洋應(yīng)用。該項目成功地證明了豐田燃料電池技術(shù)對各種應(yīng)用的適應(yīng)性，包括車用以外的應(yīng)用場景。

YANMER開發(fā)了一種海上燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了豐田MIRAI的氫燃料電池模塊。該系統(tǒng)被安裝到Y(jié)ANMER的EX38A FC快艇進行現(xiàn)場測試。該船是第一艘正式遵守日本陸上、基礎(chǔ)設(shè)施、運輸和旅游部制定的氫燃料電池船安全準則船只。

中國船級社CCS和協(xié)作團隊計劃建造中國首艘燃料電池動力公共服務(wù)船，該船由CCS分類，預(yù)計將在長江流域航行。該船燃料電池的額定功率達到500kW，總儲氫量達60kg，總能量儲存量超過1MWh，將完全實現(xiàn)氧化硫、氮氧化物和溫室氣體的"零排放"。