更便宜、更環保?德媒:航運業或推廣氨燃料發動機

  據德國《世界報》網站報導,順應氣候保護需求,船舶發動機面臨技術革新。

  目前,大部分遠洋船、沿海船和內河船仍在使用重油和柴油作為燃料,很多船隻甚至不會進行尾氣處理。

  目前全球溫室氣體排放量的約2.5%來源於航運。然而,和汽車不一樣,大型船舶發動機一般不能用電動機代替。因此,目前有3種燃料被視為氣候友好型的發動機燃料替代品:氫、甲醇和氨。

  氨是一種有強烈刺激性氣味的有毒氣體,是製作化肥的重要原材料,通過空氣中的氮氣和氫氣來大規模生產氨氣的技術已經成熟。氨這種化合物由1個氮原子和3個氫原子構成,而氫氣是一種氣候中立的燃料。

  可能產生對氣候有害的一氧化二氮

  純氫的缺點是需要極大的存儲空間,而壓縮這種空間又必須耗費大量能源:氫氣要麼在零下253攝氏度液化儲存,要麼在700巴(標準大氣壓的700倍左右)的高壓下儲存。

  弗勞恩霍夫微米技術與微系統研究所的貢特爾·Kerr布說:「液氨在常壓零下33攝氏度或9巴20攝氏度的環境中就能儲存。」因此,氨的存儲與運輸要簡便得多,可以說,氨簡化了氫的儲存。

  然而,由於氮原子的存在,氨這種物質也有隱患:氨氣在燃燒不充分的情況下可能產生一氧化二氮。一氧化二氮是一種強效溫室氣體,1千克一氧化二氮產生的溫室效應是1千克二氧化碳的265倍。目前還沒有現代的氨燃料發動機,因此還不清楚它在運行時會排放多少一氧化二氮。

  亞琛工業大學燃料科學中心的巴斯蒂安·萊爾霍伊爾等工程師相信,通過相應的尾氣後處理系統可以有效地處理一氧化二氮。全球最大的船舶發動機製造商之一曼恩集團正在加緊研究氨燃料技術,瓦錫蘭公司也宣布將開展一個氨燃料發動機示範項目。

  萊爾霍伊爾認為,雙燃料(例如甲醇和液化石油氣)發動機可以很容易地被改裝成氨燃料發動機。氨氣不僅能在發動機里燃燒,還可以用於燃料電池。為此要在一個裂變反應器或裂解裝置中將氫氣從氨氣中分離出來並加以凈化。

  純氮會泄露到空氣中或者和氫氣一起被注入燃料電池。只要對化學反應控制得當,就不會產生對氣候有害的氮氧化物(如一氧化二氮)。

  「從遊艇到遠洋巨輪」都適用

  杜伊斯堡燃料電池技術中心的米夏埃爾·斯特芬認為燃料電池技術已經成熟,並指出燃料電池已被用於商業量產汽車,例如現代Nexo和豐田Mirai。然而,燃料電池以及與之相連的電動機很難適應大型船隻的需求。儘管如此,斯特芬仍然堅信:「從純粹的技術角度看,從遊艇到遠洋巨輪都可以使用氨和燃料電池技術。」

  和斯特芬一樣,柏林生態研究所的Martin·卡梅斯也認為氨將首先被用於船舶內燃機的燃料,然後才會被用於燃料電池。作為一項相關研究的第一作者,卡梅斯呼籲採取技術措施以儘可能地降低氨帶來的環境風險:從對海洋生物造成致命影響的角度來看,例如船隻發生事故時,氨的危險程度不亞於重油,但比油揮發得更快。

  卡梅斯也考慮到了一氧化二氮排放的問題。他得出的結論是:「作為無碳的後化石能源時代的燃料,氨是未來船舶燃料的候選對象。」氨可能比其他後化石能源時代的燃料更便宜。然而,由於油箱泄露可能給船上人員造成危險,能否將氨應用於客輪還值得懷疑。

  卡梅斯和萊爾霍伊爾都認為甲醇或許可以作為氨的替代品,因為它對環境的危害沒有氨那麼嚴重。萊爾霍伊爾強調,不論使用氨還是甲醇,如果船只要像迄今為止一樣長距離航行,就必須配備更大的油箱,因為氨和甲醇的熱值只有柴油的一半左右。

  此外,氨氣作為氣候友好型燃料的前提是它以氣候中立的方式生產,而傳統的哈伯制氨法卻需要耗費大量能源。全球溫室氣體排放量的1.1%就來自於制氨這一工業流程。

  因此,一些研究人員正在關注其他制氨的方式。於利希研究中心的拉爾夫·彼得斯說:「在這個過程中,如何以可持續的方式製造氫氣對環保起著決定性的作用。」彼得斯認為,今後可持續的氫氣生產將在太陽能和風能發電量較大的地區進行,例如在澳大利亞和智利。

  目前已經出現了第一批具體項目:德國「營火」研究項目開發了適用於運動遊艇、小型內河船隻和游輪的氨燃料發動機,一家挪威能源企業也在為一艘補給船改裝氨燃料發動機。(編譯/鍾思睿)

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