减少甲烷逃逸的技术将于2023年进行测试_薛颖.pdf

信息动态2减少甲烷逃逸的技术将于 2023 年进行测试在 Mrsk Mc-Kinney Mller 零碳航运中心（MMMCZCS）的报告减少船舶上的甲烷排放发布后的网络研讨会上，MAN ES 强调了明年将发生的一些关键事件。MAN ES 废气后处理主管 Hans-Philipp Walther谈到 MAN 为减少四冲程发动机的甲烷逃逸所做的努力。作为 IMOKAT 项目的一部分，涡轮增压前甲烷催化剂的开发正在进行，预计明年将进行全面测试。该项目确定了一种不含贵金属的催化剂，随着时间的推移，这类催化剂对硫中毒的抵抗力会增强。Walther 说：“虽然一开始的转化率较低，但随着时间的推移这种材料一直是稳定的。”为优化甲烷的燃烧过程而采取的其他基于发动机的方法包括自适应燃烧控制和跳跃点火，其中一些气缸会在低负载下关闭。除此之外，发动机内部的设计也发生了变化，包括减少缝隙体积和关闭曲轴箱通风。MAN ES 借 调 至 MMMCZCS 的 Benjamin Attumaly 谈到了发动机制造商为减少二冲程发动机的甲烷逃逸所做的努力，并指出：通过减少燃烧室内的气穴和确保将气体注入发动机的顶部中心等举措，MAN 狄塞尔循环发动机的甲烷逃逸问题已得到解决。低压奥托循环发动机也消除了甲烷从气缸通过排气阀直接逃逸到大气中的现象。在空气稀薄或寒冷条件（如低负荷）下不完全燃烧导致的燃烧逃逸已通过采用废气再循环系统等措施解决，废气再循环系统可将甲烷逃逸减少至少 50%。Daphne 科技公司首席产品官 Thomas F.Werner表示，该公司计划今年在德国的一个试验站对一台700 kW 的燃气发动机进行无催化剂电气系统的陆基测试。明年将进行试点安装。技术考虑因素Fjeldhj 提到，燃料对一般部件的影响特别是对燃料喷嘴的影响可能因不同的燃料原料而不同。生物燃料混合物酸度的增加通常会对发动机部件产生影响，不同的燃料影响程度不尽相同。Fjeldhj 指出：“使用动物油作为发动机运行的燃料可使大修间隔时间延长到 24 000 h，这是一个有趣的现象”。Fjeldhj 还指出，缺乏生物燃料标准规范是船东面临的一个特殊挑战。这意味着每当船东想要将新燃料引入市场时，都须对燃料和发动机进行测试。“随着生物燃料逐步进入市场（例如壳牌在荷兰新成立了生物燃料炼制工厂），我们期望引入新的标准规范，一些规模较小的燃料供应商和初创企业可能仍需要帮助。”Fjeldhj 指出，除了单种生物燃料的一致性问题外，混合燃料组合后的性能将会引发更多的讨论。“我们曾亲历生物燃料混合物前一天还表现非常好，后一天因相互作用产生大量泡沫，造成测试发动机燃油泵严重损坏。”第二代与第三代生物燃料第二代生物燃料是基于木质纤维素、木材生物质、农业残留物、废弃植物油和公共废弃物制成的；第三代生物燃料来源于微藻养殖，但大多数利用藻类生产燃料的项目已经失败了。咨询服务机会Fjeldhj 强调，未来对燃料分析服务的需求可能会更大。船东主导了 MAN ES 的生物燃料咨询需求，即将推出的更多燃料可能会增加这方面的需求。特别是从小型供应商引进新的小规模燃料可能需要核查。由于船级社和监管机构的参与，将新燃料引入海运市场的成本可能会令人望而却步，但毫无疑问的是进入市场的生物燃料的数量和范围将迅速增加。正在研究的第二代生物燃料范围更广，因此这一情况会进一步加剧。Fjeldhj 表示：“例如，我们目前正在对基于废坚果壳的燃料进行测试。我们认为基于再生轮胎的热解燃料不会获得显著的市场份额，但展望未来，其他热解燃料，如甘蔗渣、棕榈仁饼和果壳热解生物油也有可能进入船海工程用生物燃料供应链。”信息动态3获得专利的 SlipPure 系统将电能转化为化学能，产生羟基自由基和自由电子，然后这些自由电子发生反应，将甲烷转化为一氧化碳和水。测试中甲烷的还原率达到 78%。该技术基本不受温度的影响（适用于 180 450 的排气温度），也与废气中硫的质量分数和湿度无关。它适用于奥托或狄塞尔循环的二冲程或四冲程发动机，可在节油器之前或之后以多个方向安装。背压在发动机制造商的公差范围内。Daphne科技公司打算在 1.5 MW 机组上建立一个模块化系统以提供高达 220 MW 的覆盖范围。Topsoe 借调至 MMMCZCS 的 Janus Emil Mnster Swendsen 表示，该公司专注于开发四冲程发动机的催化剂，并开发了一种耐硫催化剂，该催化剂在较低温度下具有活性。这意味着处理系统可以位于涡轮增压器的上游或下游，并配有适合改装的排气尾管解决方案。硫的质量分数仍需控制，但该催化剂适用于目前可用的低硫燃料。他表示，Topsoe 准备在实验室测试成功后进行验证试验，以证明甲烷可以被完全去除。MMMCZCS 报告将液化电和生物甲烷确定为潜在且受欢迎的低排放替代燃料途径，该途径旨在脱碳。目前，没有关于船舶甲烷排放的国际法规。然而，正在采取的举措和区域准则表明，法规可能很快就会出台。例如，用于海上监管的 FuelEU 法规将在其 CO2当量法中包含甲烷逃逸指标。虽然 CO2是航运气候影响的主要来源，占温室气体排放总量的 90%以上，但就全球变暖潜能值（global warming potential，GWP）而言，甲烷对气候的影响更大。因此，减少甲烷排放可以成为减少船舶 CO2当量排放的有效途径，从而满足即将出台的法规要求，并提高基于甲烷的替代燃料技术路径的可行性和竞争力。MMMCZCS 成立了一个专门的工作组，以研究如何减少船舶的甲烷排放。根据其结果，得出以下结论：船舶的甲烷总排放量应考虑虽然船上甲烷排放量的主要来源是主机和辅机的甲烷逃逸，但船舶的甲烷排放总量高度依赖于船舶的运营、系统尺寸、机械配置和连接技术。具有成本效益的船上甲烷减排是可能的，但对现有船舶来说是有限的：对于所研究的船舶，通过使用后处理技术以及系统化解决方案，新造船的船上甲烷排放量可降低 40%80%，现有船舶的甲烷排放量可减少 20%50%。此减少幅度可将现有船舶的甲烷排放量占终端（tank-to-wake，TtW）温室气体排放的百分比（现为 7%14%）降至 2%8%（新造船）和 4%12%（现有船舶）。报告指出，船东应在船舶设计和建造阶段仔细考虑如何减少船舶甲烷排放，以避免在船舶使用寿命后期进行成本高昂的改装。虽然从技术角度将船舶的甲烷排放量进一步减少到上述水平是可行的，但如果须要进一步减少温室气体排放，使用低排放燃料等其他选择可能更具成本效益。减少船舶的甲烷排放可提高电和生物甲烷燃料技术路径的可行性：将船上的甲烷排放降低到具有成本效益的水平，可提高电和生物甲烷燃料路径的长期可行性。然而，目前尚不清楚上游油井到油箱（well-to-tank）的散逸性排放是否可以降低到可接受的水平。使用 FuelEU 方法和具有成本效益的船舶甲烷减排措施，使用 100%的电甲烷和热液液化油作为试验燃料，温室气体排放量可减少至 5 9 g/MJ（相对于重质燃料油减少 90%95%）。FuelEU 的要求并不严苛到可促使业界启用船舶的甲烷减排方案：对于所研究的船舶，在不引入任何船上甲烷排放减排措施的情况下，其温室气体排放水平已符合 2025 年和 2030 年 FuelEU 温室气体强度指数的限制。这是由于液化天然气在其 100 年全球变暖潜能值方法（100-year GWP methodology）中使用较低的 CO2排放系数。如果引入了 FuelEU的 CO2当量法规，则在 2035 年之前无须采取减排行动。如果没有严格的激励措施或监管要求来减少甲烷排放，船东对采用甲烷减排技术与解决方案的承诺有限。国际海事组织正在讨论将甲烷纳入其生命周期评价（LCA）方法，这是一种类似于 FuelEU的 CO2当量方法。还有一种方法可能与 NOx排放的管理类似，利用船舶的技术文件以更直接的方式对甲烷进行管理。信息动态4为了正确评估电甲烷和生物甲烷等基于甲烷的替代燃料路径的可行性，须充分了解减少上游油井到油箱散逸性排放的能力，目前 MMMCZCS 正在对此展开研究，以便对基于甲烷的燃料路径进行完整的可行性评估。MMMCZCS 还计划研究运行中的船舶排放，其中发动机动态负载和海况等因素可能会影响甲烷排放水平。国际社会在减少温室气体，特别是甲烷排放方面面临巨大压力。从全球甲烷承诺（COP26）到2022 年美国通胀削减法案，全球范围内人们日益增长的担忧正在大力推动温室气体减排，以将全球平均气温的升幅限制在比工业化前水平高出 2 以下。预计这种社会压力将导致所有行业的利益相关者采取明确的行动。合作伙伴为双燃料氢发动机项目做好准备Volvo Penta 和 CMB.TECH 已同意加快开发双燃料氢动力解决方案。自 2017 年以来，两家公司一直在试点项目中合作，通过 CMB.TECH 提供的改装套件，成功地将 Volvo Penta 发动机改装为双燃料氢-柴油运行。Volvo Penta 业务发展总监 Jakob Ursby 表示，现在他们已准备好进入市场谈判，基于每个项目提供个性化的服务，以小规模工业化模式为发展目标。目的是在合适的零排放替代品可行之前，建立双燃料氢技术作为低碳的临时解决方案。这是 Volvo Penta和 CMB.TECH 的重要一步，旨在帮助客户加快向净零排放过渡。CMB.TECH 首席技术官 Roy Campe 表示：“从最初的双燃料技术项目中，我们已看到 CO2排放量减少了高达 80%。很明显，能源转型在多种应用中都是一个巨大的挑战。凭借我们的双燃料技术，我们可以为各种应用提供高性价比且可靠的解决方案。我们认为，无论是在陆地还是海上，这种解决方案都有巨大的潜力。”由于该解决方案易于安装、维护和使用，预计该解决方案会吸引许多船东。Campe 说：“我们的双燃料技术可用于任何柴油发动机。改动很小，主要须在进气集管上安装一个氢气喷射歧管。此外，发动机控制器需要闪存新的软件，以便切换到双燃料模式。”共燃过程涉及在进气冲程将氢气注入并吸入气缸中，在压缩冲程进一步混合以形成均匀的混合物，然后在上止点前将少量引燃柴油喷射到燃烧室中。柴油由于高温和高压而自动点火，并与氢气共同燃烧，迫使活塞在做功冲程下降。在排气冲程气缸被清扫，废气中的 NOx和 CO2排放较低。CMB.TECH 拥有自己的客轮“Hydroville 号”（从 2017 年开始运营），采用使用双燃料技术的Volvo Penta 发动机。这艘 14 m 长的双体船参与了一个针对大型商用海船采用氢技术的试验项目，它使用两台双燃料发动机（H2ICED），总功率为441 kW。Campe 说：“双燃料技术的简单性使其能快速实现多种应用。使用绿氢脱碳的潜力巨大，但许多应用需要以传统燃料作为后备方案，以确保整个方案的可行性。有了双燃料技术，即使现在可靠的氢基础设施没有实现全覆盖，仍能确保您的资产经得起未来的考验。当下的生产能力、经验和广泛分布的服务网络可支持这种能源转型，在此过程中，业内人员可以掌握氢作为替代燃料的相关要点。”Ursby 表示：“商业海运市场上的许多船舶均适合双燃料解决方案。该方案的应用将与基础设施的开发齐头并进。例如，随着港口船舶生态系统的发展，我们可以将拖船和领航船视为关键目标。另一个具有巨大潜力的市场是为海上风电场服务的人员运输船。双燃料发动机技术是一个过渡方案，可大幅减少温室气体排放，同时具有稳健、可靠的优势，因此可行度高。”Volvo Penta 正在大力投资开发一系列可持续和过渡性技术，如混合动力、电动传动系统、燃料电池和内燃机替代燃料，让客户有机会找到最适合其应用的技术。（薛颖 编译）