專(zhuān)家：內燃機仍是船舶動(dòng)力主流選擇

在科技浪潮的推動(dòng)下，船舶動(dòng)力領(lǐng)域正迎來(lái)一場(chǎng)深刻的變革。4月19至23日，在天津舉行的2024世界內燃機大會(huì )聚焦“綠色可靠智能高效”產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，來(lái)自全球各地的科學(xué)家、企業(yè)家、院士學(xué)者共同圍繞推動(dòng)低碳、零碳、碳中性燃料發(fā)動(dòng)機技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)人類(lèi)社會(huì )新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展展開(kāi)熱烈討論。眾多專(zhuān)家學(xué)者表示，內燃機是一種將燃料的化學(xué)能轉化成熱能再轉化成機械能的能量轉換裝置，燃用可再生燃料包括氨、氫、甲醇、各種合成柴油等可以使內燃機成為“碳中和”或者“零碳”動(dòng)力，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展應用將為內燃機行業(yè)開(kāi)創(chuàng )嶄新的未來(lái)。

內燃機仍是船舶動(dòng)力首選

隨著(zhù)國際海事組織（IMO）對二氧化碳減排政策的收緊，船舶行業(yè)正加速轉型脫離化石能源。歐洲碳交易法規的修訂和碳邊境調節稅的出臺，進(jìn)一步推動(dòng)了遠洋海船綠色燃料替代的進(jìn)程。同時(shí)，政策激勵也在促使船東使用全生命周期的“碳中和”或低碳燃料，減少溫室氣體排放。

中國工程院院士、2024世界內燃機大會(huì )學(xué)術(shù)委員會(huì )主任、上海交通大學(xué)講席教授黃震表示，對于船海動(dòng)力而言，純電驅動(dòng)或者換電模式適用于短距離的內河中小型船舶，而遠洋大型船舶則需要依賴(lài)碳中性燃料或“零碳”燃料。未來(lái)，可再生合成燃料技術(shù)是面向“碳中和”動(dòng)力系統的變革性技術(shù)，可為能源轉型與“碳中和”目標實(shí)現提供全新的解決方案。

黃震認為，用“綠電”、水和二氧化碳制取可再生合成燃料（包括合成汽油、合成柴油、甲醇、二甲醚），使交通和工業(yè)燃料獨立于化石能源，實(shí)現燃料“凈零碳”排放，可為國家能源戰略轉型與“碳中和”目標實(shí)現提供全新的解決方案。當前的技術(shù)“瓶頸”是如何提高可再生合成燃料的轉化效率、以及合成燃料裝置長(cháng)期穩定性，這也是其最終實(shí)現商業(yè)化的關(guān)鍵。他表示，未來(lái)，制備低成本的可再生合成燃料，除考慮綠電本身的成本及外部碳稅等碳約束問(wèn)題外，還要考慮未來(lái)零邊際成本效應。

“船舶內燃機在未來(lái)仍將是船舶動(dòng)力的主流選擇，其名稱(chēng)可能從傳統的船舶柴油機改為船舶內燃機。但這一轉變不僅僅是名稱(chēng)上的改變，更代表著(zhù)動(dòng)力系統在燃料、技術(shù)和性能上的全面升級。”哈爾濱工程大學(xué)原校長(cháng)劉志剛接受采訪(fǎng)時(shí)表示，內河和沿海船舶未來(lái)會(huì )有很多選擇，清潔燃料、混合動(dòng)力、純電動(dòng)等都可能成為其選擇。然而，遠洋船舶則完全不同，內燃動(dòng)力還是其較為實(shí)際的長(cháng)期選擇。

劉志剛表示，在燃料方面，未來(lái)的船舶內燃機可能會(huì )采用更加環(huán)保、低碳的燃料，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求和環(huán)保法規要求。傳統的重油燃料因其高碳排放而逐漸退出，或成為可選燃料之一，取而代之的是新型清潔燃料。近期液化天然氣（LNG）、甲醇或成為主要的燃料形式，遠期會(huì )逐步轉向氫、氨等零碳燃料為主。

在技術(shù)層面，船舶內燃機將面臨發(fā)動(dòng)機本體設計、燃燒組織、摩擦潤滑、安保問(wèn)題等多方面的挑戰。如何實(shí)現高效、安全的燃燒，如何確保燃料在運輸和儲存過(guò)程中的安全，以及如何處理排放問(wèn)題等，都是未來(lái)船舶內燃機技術(shù)需要突破的關(guān)鍵點(diǎn)。

盡管面臨諸多挑戰，但劉志剛堅信，只要充分發(fā)揮中國智慧和制度優(yōu)勢，通過(guò)持續技術(shù)攻關(guān)，我國有望在船舶內燃機領(lǐng)域實(shí)現從技術(shù)跟跑到并跑，甚至領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展。

氨燃料內燃機潛力巨大

當前，中國船舶集團有限公司旗下多家研究機構和企業(yè)正在積極開(kāi)展船舶內燃動(dòng)力的自主設計研發(fā)，旨在積極推動(dòng)低碳、零碳船舶動(dòng)力技術(shù)的自主創(chuàng )新發(fā)展，提升中國船舶動(dòng)力技術(shù)的國際競爭力。

中船鎮柴8ML320DF雙燃料機/徐文 攝

“在一些特殊應用場(chǎng)景中，內燃機可能會(huì )從主要動(dòng)力轉變?yōu)檩o助動(dòng)力，但在遠洋船舶上，內燃機仍具有強大的生命力。”中國船舶集團有限公司旗下中船動(dòng)力（集團）有限公司總經(jīng)理邵煜表示，內燃機的燃料類(lèi)型正在發(fā)生變化，包括甲醇、氨和LNG等綠色燃料都正在為2050年前后實(shí)現“凈零”排放目標而準備。

對氨燃料而言，一方面，國際上主要船級社已經(jīng)形成了一個(gè)相對完整的規范體系，其中的一些規范已經(jīng)被推出，這為氨燃料內燃機的發(fā)展提供了法規環(huán)境；另一方面，氨燃料內燃機需要解決氨的可燃性較差的問(wèn)題；需要合適的燃燒組織方案，降低氧化亞氮的生成；需要更高效率的脫硝系統；需要面對一些新的結構設計帶來(lái)的加工、制作、安裝和維修的難度；需要系統性的措施防止氨泄漏所帶來(lái)的安全隱患；需采用專(zhuān)門(mén)材料應對氨的腐蝕性和潤滑問(wèn)題等。這會(huì )使氨燃料內燃機設計、制造成本大幅增加，但在技術(shù)層面上，這些問(wèn)題都可以得到解決。

此外，考慮到歐盟的碳稅政策，即要求航運公司每年為上一年度的溫室氣體排放量繳納“碳稅”，其在增加航運公司運營(yíng)成本的同時(shí)，也將會(huì )形成一種新的收益平衡，從而拉動(dòng)全球經(jīng)濟，并可能對船用內燃機行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展空間。“因此，我們有理由認為，氨燃料內燃機具有巨大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展空間，或許會(huì )在未來(lái)各種燃料中占據‘三分天下有其一’的地位。” 邵煜強調。

邵煜認為，綠色燃料對于船用內燃機具有重要意義，是確保內燃機長(cháng)期生存和發(fā)展的重要因素。特別是在遠洋船舶領(lǐng)域，內燃機不會(huì )因電池等技術(shù)的興起而退出歷史舞臺。采用綠色燃料的內燃機生命周期仍然很長(cháng)。未來(lái)，還需要持續關(guān)注如何降低氨燃料內燃機的成本。此外，包括港口加注在內的氨燃料產(chǎn)業(yè)鏈的成長(cháng)，也將影響氨燃料發(fā)動(dòng)機的未來(lái)發(fā)展。