海事产业如何参与CCUS价值链

对于海事产业而言,发展应用CCUS技术不仅有望为其实现碳减排目标提供更多可能性,而且还能够为行业发展开拓更广阔的空间。当前,航运、造船等相关产业已经开始响应市场需求,通过二氧化碳海上运输、液化二氧化碳运输船等服务积极参与CCUS价值链。

随着CCUS产业逐渐成熟进步及其重要作用日益显现,该技术的应用场景也开始从陆地向海洋扩散,这种发展趋势为产业链所涉及的各个环节提供了大量潜在发展机遇。首先,海上CCUS应用推广将创造许多新的需求。据全国人大代表、中国船舶集团七二五所科技委主任马玉璞介绍,海上碳捕集利用与封存将催生一批新装备需求,其中捕集环节包括二氧化碳捕集装置、再液化装置等,运输环节包括二氧化碳储罐、槽车、运输船等,利用与封存环节包括二氧化碳浮式存储平台、注入平台、注井装备等,市场前景十分广阔。“我国工业中心,包括能源中心都分布在东部和沿海地区,发展海上碳捕集利用与封存有着良好的条件。要将由此产生的二氧化碳捕集、运输、注入到深海,就需要相应的适应海洋环境的系统和装置。”马玉璞补充道。由此可见,航运、造船、海工以及相关装备制造业都有机会在海上CCUS产业部署过程中挖掘新的业务。

其次,海上CCUS作为一种新技术应用能够推动海事领域的技术创新,促进相关产业高质量发展。围绕海上碳捕集利用与封存,相关船用产品的研发制造也形成了一个产业链,中国船级社上海规范所法规与绿色技术研究部简炎钧主任表示:“如果我们的船舶工业能在这方面实现突破,对于高附加值船型的开发以及船用产品配套能力都有良好的提升作用。”海上CCUS产业的发展可能会在全球范围掀起新一轮的竞争,充分把握这一机遇有助于巩固和增强我国船舶工业在国际市场上的整体竞争力。简炎钧还指出,在航运业日益面临减排重压的环境下,作为一种能够延续传统化石燃料同时实现减排的颠覆性技术,CCUS的应用能够在满足减排法规要求的前提下延长一些船舶的生命周期,既能帮助船队更好地履约,也能提升船队运营的竞争力。此外,加大力度发展CCUS产业对于保障国家能源安全也具有重要意义。CCUS技术一方面可应用于低碳氢、绿色甲醇等清洁燃料的生产,促进我国新能源产业的发展,另一方面还能够帮助依赖化石燃料的传统能源产业脱碳,为传统能源产业的发展争取更多空间。

目前,我国已经有部分企业启动了海上CCUS项目,但因起步较晚,与国外相比仍存在一定差距。对于加快部署国内海上碳捕集利用与封存产业,马玉璞提出了两点建议,一是要开展系统性的技术研究。实际上,目前在发展海上碳捕集利用与封存方面已经积累了一定的经验,二氧化碳收集压缩等单项技术已经比较成熟了,还有部分技术则是通用的,例如海上石油钻井平台的开发、天然气水合物的开采技术等,但还需要进行更加系统性的研究,使其能够适应海洋环境。而且一些技术应用大型化之后还要考虑能耗和成本问题。因此,建议国家科技部、工信部等部委设立相关科研项目,将单项技术进行整合,为海上CCUS的应用推广打下坚实的技术基础。二是要支持建设示范工程。正如发展海上风电一样,开展海上CCUS项目也需要很高的前期投资,需要国家制定相应的激励政策,投入科研经费,启动一批示范工程,为首套装备的研发创造条件。海上CCUS的发展并非某一行业独占,将会涉及船舶、海洋工程、能源化工以及环保等众多领域,因此需要打通产业链条,通过示范工程让参与各方意识到能够真正从中获益,为海上CCUS项目的商业化运营铺平道路。还有一点需要注意的是,海上二氧化碳封存存在泄露风险,封存装置的选材和设计非常重要,必须加强其腐蚀保护,防止海生物附着;另外,封存场地的选址也应合理,需要充分考查海底情况,远离地震带和国际斗争的热点地区。

IEA《清洁能源转型中的CCUS》报告指出,能够安全可靠地运输二氧化碳的基础设施的可用性是成功部署CCUS的必备要素。管道和船舶是目前大规模运输二氧化碳的两种主要选项,短途和少量的二氧化碳也可以通过槽车或铁路运输,不过每吨二氧化碳的运输成本会更高。选择二氧化碳运输方式时主要需要考虑经济因素和监管框架。管道是陆上大量运输二氧化碳成本最低的方式,海上运输则根据距离和数量而定。在世界许多地方,重新利用现有的石油和天然气管道来运输捕集的二氧化碳具有相当大的潜力。这可以显著降低开发二氧化碳基础设施的成本,因为改造现有管道所需的投资估计仅为新建管道成本的1%~10%。此外,现有管道的再利用还有助于避免管道退役的巨额浪费。

通过船舶将二氧化碳运输到海上封存设施具有更大的灵活性,特别是在具备多个海上接收设施的情况下。航运的灵活性还可以促进二氧化碳捕集中心的初步开发,随着二氧化碳捕集量的增长,这些中心随后可以连接或转换为永久的管道网络。报告还强调,对于区域CCUS集群,海运二氧化碳或许是可行的。在某些情况下,船舶运输在成本上还可以与管道相媲美,尤其是长距离运输,封存资源有限的国家可能更需要这种方式。对于少量二氧化碳(最高200万吨/年)的长距离运输来说,航运是成本最低的选择。以前的船舶运输二氧化碳主要是为食品行业服务,近年来,随着海上CCUS项目的兴起,船舶运输二氧化碳作为CCUS价值链中重要一环的作用愈加凸显,市场上对大规模船舶运输二氧化碳的兴趣也在快速增长,越来越多航运公司开始打造专用的二氧化碳运输船队,发展二氧化碳海运业务。

作为最早开发海上CCUS项目的地区,欧洲在船舶运输二氧化碳业务的发展上也走在前列。2021年3月,挪威国家石油公司(Equinor)、壳牌(Shell)和道达尔能源(TotalEnergies)共同成立了合资企业北极光(NorthernLights JV),从事二氧化碳运输和储存服务。同年5月,丹麦船东Evergas与Ultragas联合成立了全球第一家专门从事海运二氧化碳的航运公司——Dan-UnityCO2 ,拟打造一批专用于二氧化碳运输的船舶,将捕集的二氧化碳运输到特定地点进行封存或再利用。该公司与冰岛碳捕集与储存技术专家Carbfix达成协议,将在2025年推出二氧化碳运输和储存服务。随后,Dan-UnityCO 2 加入了丹麦最大的CCS项目Greensand的第二阶段,负责二氧化碳运输方案的开发。2022年3月,Dan-UnityCO 2 宣布与比利时驳船运营商Victrol建立合作伙伴关系,通过内陆航运为北欧企业提供端到端的碳捕集与封存解决方案。从工业设施中捕集的二氧化碳将通过Victrol运营的驳船运送到安特卫普或鹿特丹等主要港口,然后转移到Dan-UnityCO2 计划建造的更大的远洋船舶上,再输送到冰岛进行封存。今年1月,挪威航运集团Knutsen与日本邮船(NYK)宣布成立合资企业KnutsenNYKCarbonCarriers(KNCC),双方各持有50%的股份。新公司将利用Knutsen开发的PCO 2 ® 技术在全球范围内进行液化二氧化碳海上运输和储存的商业开发,同时也将建造和运营基于其他技术的低/中压船舶。早在成立KNCC之前,Knutsen与日本邮船已经开始了对CCUS技术的探索,二者都参与了研究船上碳捕集与储存解决方案的DecarbonICE国际项目。今年5月,希腊船东PeterLivanos也高调进军CCUS这一全新领域,宣布通过初创公司EcoLog投资打造60艘二氧化碳运输船及相关码头设施,预计从2035年起每年运输5000万吨二氧化碳。

与此同时,日本船东也瞄准了二氧化碳海运市场。除了日本邮船之外,商船三井(MOL)和川崎汽船(KLine)也在积极开展相关项目。2021年3月,商船三井投资了LarvikShipping,这是一家有着30多年工业级液化二氧化碳运输船管理经验的挪威公司。6月,商船三井与川崎汽船启动了大型二氧化碳运输船研究项目,这是由日本新能源和工业技术开发组织(NEDO)领导的CCUS技术研发和示范计划的一部分。商船三井负责大型液化二氧化碳运输船的基本设计工作,川崎汽船与其他合作伙伴将开发技术来实现二氧化碳长距离大规模运输并降低其成本。今年2月,商船三井与马来西亚国油(Petronas)签署谅解备忘录,双方将共同研究用于亚太和大洋洲地区CCUS价值链的液化二氧化碳海运解决方案。

海上碳捕集、运输、封存和利用等活动的开展自然也带动了二氧化碳运输船和相关装备的研发热潮。在这方面,目前中日韩的主流船厂都取得了丰富的成果。2021年8月,江南造船推出了“零碳”型氨燃料液化二氧化碳运输船设计方案,已获得船级社AIP认可。该型船满足氨燃料Ready设计要求,配置3500cbm氨燃料储罐,液货系统设计同时满足二氧化碳、无水氨以及LPG的兼装要求,提高了船舶运营灵活性。针对二氧化碳蒸发气体,提供了二氧化碳再液化和液货舱蓄压两种备选方案,方便船东根据不同航程需求和初投资预算选择最具经济效益的方案。10月,大连船舶重工集团获得挪威北极光公司2艘7500cbm液化二氧化碳运输船订单,为全球首制,总长约130米,型宽21.2米,首制船计划于2024年第一季度交付。该船配备全球首次使用的全压式C型液货罐,由特殊材料加工制作,主机配置LNG与MGO双燃料,并应用转子风帆及气泡减阻两种创新技术。今年1月中旬,中国船级社为中国船舶集团有限公司第七一一研究所颁发了全球首份船载CCUS系统AIP证书。2月,中国船级社与江南造船、七一一所在上海签署了“装备CCUS系统的新型低碳排放大型液化气船船型研发”技术合作协议。该协议以江南造船最新的大型液化气体船为载体,装备由七一一研究所定制设计的CCUS系统,中国船级社将对安装CCUS系统的船舶提供包括船型技术方案、EEDI计算方法指导及船型认可在内的技术服务。据简炎钧介绍,中国船级社正在开展船舶应用CCUS系统的船型开发和原理性认可,包括VLCC、VLOC和VLEC等,为后续的审图、检验积累技术储备。

2021年4月,由日本新来岛造船主导开发的“二氧化碳运输船(圧入船ready)”概念设计获得了船级社AIP认可,这是全球首个获得AIP认可的液化二氧化碳运输船设计。该船型不仅可运输二氧化碳,而且在二氧化碳货舱前配备了一个专门用于压入的系统空间,可满足将二氧化碳压入海床封存的需要。主推进系统采用双轴全回转推进方式,船尾设计为可以减少船体阻力的Buttock-Flow型,既满足在海上进行二氧化碳压入作业所需的位置稳定要求,又保证了适合远洋航行的推进性能。三菱造船于8月和法国能源巨头TotalEnergies联合启动了液化二氧化碳运输船可行性研究,紧接着与日本邮船达成大型液化二氧化碳运输船开发协议,并于今年2月与船东SanyuKisen签署液化二氧化碳运输船建造合同,随后还与商船三井共同完成了氨气/液化二氧化碳兼用运输船概念研究。韩国船厂在这方面也不逊色。2021年3月,韩国造船海洋公司(KSOE)、现代尾浦造船以及马绍尔群岛海事管理局等机构签署协议,将联合开发能够稳定储存并运输液化二氧化碳的船舶。现代尾浦造船将开发货物围护系统,KSOE将提供二氧化碳货物处理系统。8月底,韩国浦项制铁(POSCO)与KSOE以及其他合作伙伴共同签署了技术开发协议,宣布将在2025年前开发一艘20000cbm大型液化二氧化碳运输船,POSCO将开发作为大型液化二氧化碳运输船核心的储罐钢材和技术,KSOE及旗下现代尾浦造船将负责开发设计和建造运输船所需的焊接技术。9月,韩国现代重工(HHI)及其母公司KSOE的40000cbm液化二氧化碳运输船设计获得了船级社AIP认可。今年1月底,三星重工开发的适用于LNG动力船的船载CCS系统获得了船级社AIP认可。4月,大宇造船的70000cbm超大型液化二氧化碳运输船也获得了船级社AIP认可,该型船总长260米,型宽44米,是当前获得船级社认证的全球最大液化二氧化碳运输船。

其他船舶技术提供商也在积极开展相关研发项目。2021年4月,瓦锡兰开发的液化二氧化碳运输船货舱设计方案获得了船级社AIP认可。10月,韩国LatticeTechnology与比利时船东Exmar宣布将合作开发新型二氧化碳运输船,初步构想是设计一艘195米长的巴拿马型船,货舱容量40500cbm,还将配置一个3000cbm的储罐,用于存储LPG、氨和LNG等燃料。11月,TGE Marine为Dan-UnityCO2 设计的12500cbm和22000cbm二氧化碳运输船获得了船级社AIP认可。为了解决二氧化碳储罐容量和安全等问题,挪威系统集成专家HøglundMarineSolutions与德国设计公司HBHunte合作开发了一套二氧化碳储罐和货物装卸系统,其双叶储罐设计大大提高了二氧化碳储存能力,比当前最大的储罐容量高出了一倍。

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