特别关注｜改装甲醇发动机，如何改？哪些适合改？改装成本有多高？
航运脱碳解决方案不会单一，但甲醇具有的优势可以为航运企业低碳运营提供途径。
MAN Energy Solutions首席策略师Anders Kryger强调，船用发动机改装市场潜力巨大。根据最新估算，目前约有1900艘配备MAN Energy Solutions二冲程发动机的船舶和多达900艘配备该公司四冲程发动机的船舶符合改装条件。“当这些船舶使用气候中性电制燃料航行时，每年可减少逾9700万吨的二氧化碳排放量。”MAN Energy Solutions正在进行甲醇发动机改装的试点安装，预计到2024年底将启动首批改装项目，之后计划于2026年进行甲醇改装的规模化生产。
MAN Energy Solutions售后服务品牌MAN PrimeServ的工程师正在一台二冲程发动机上工作。通过不同的燃油喷射技术，双燃料发动机改装可以涵盖一系列绿色燃料方案（图源/MAN Energy Solutions）
MAN Energy Solutions之所以坚定“未来型燃料”发动机的升级改造，可能还需从这份报告谈起。根据丹麦奥尔堡大学和瑞典查尔姆斯理工大学的最新研究，与氨、液化沼气、电池动力和氢等燃料相比，甲醇尤其是生物甲醇在各种应用中的总成本最低。
尽管其成本依旧明显高于用作基准的船用轻柴油（MGO），但业界都知道无论哪种燃料占主导地位，航运业必须对在“为可再生燃料支付高得多的价格”这一观点上有共识——脱碳要求加快，措施与实际验证不太可能有明显先后，因此在实现向低碳燃料过渡的过程中，碳中和燃料目前比传统燃料的价格高2-8倍。按照目前的脱碳轨迹推演，到2050年，使用碳中和燃料的船舶总成本是会高于传统化石燃料动力船舶总成本的。因此也有专家建议，相关碳税的收入可用于补偿低碳航运燃料早期应用者，而这将大大降低市场中甲醇动力船舶的总成本，有利于甲醇燃料的更多使用。
与重质燃油（HFO）或MGO相比，使用甲醇作为船用燃料可显著降低硫氧化物、氮氧化物和颗粒物排放，少量排放来自作为引燃燃料的少量柴油。因此，船舶运营商可通过改用甲醇来实现相关排放法规的立即遵守。根据相关测试，通过部署甲醇与25%-40%的水和3%-5%的柴油的混合物作为引燃燃料可将氮氧化物的排放降低到Tier III所要求的水平以下。
甲醇可由生物质、生物甲烷、可再生电力和二氧化碳生产，也可由天然气和煤等化石能源生产，其碳密度取决于原料和所用生产途径。将原料开采、燃料或能源生产、输配及消耗过程的排放包括在内，生物甲醇（Bio-MeOH）和电子甲醇（eMeOH）属于排放量最低的航运燃料。
甲醇的能量密度虽高于一些其它替代运输燃料，包括液化天然气（LNG）、氨和氢，但低于传统船舶燃料。例如MGO的能量密度为36.6吉焦/立方米，甲醇的能量密度为15.8吉焦/立方米。这意味着在一艘以甲醇为动力的船上，储存和燃料箱占用空间是以MGO动力船的2.4倍左右。当然，这一问题如今可以得到很好的解决。
甲醇在环境温度和压力下保持液态，意味着其运输和燃料加注相对简单。作为世界上运输最广泛的化学品和燃料之一，甲醇在全球120余座港口有供应并运往各地，全球90多个甲醇生产设施的总产能约1.2亿吨，完全能够满足当今约1亿吨的需求。而根据国际可再生能源机构（IRENA）提供的数据显示，到2050年，甲醇产量预计将增加5倍，达到每年5亿吨左右的产量，其中，生物甲醇和电子甲醇约占总产量的80%。如此产量说明，运营商可以通过稍加频繁的补给及甲醇可以储存在传统燃料储罐甚至船载压载罐中的特点，来缓解能量密度低（较传统燃料而言）的问题。而这又是LNG或氢所不具备的优势，因为它们需要低温储存，且低能量密度（较甲醇而言）需要更大的存储空间。
鉴于甲醇的优势，很多航运企业已经订造甲醇动力船舶。甲醇研究所在撰写这份报告时，MAN Energy Solutions就已手持80多台新的二冲程甲醇双燃料发动机订单。双燃料发动机使得新船和现有船舶的改装更加容易。这些双燃料发动机可使用柴油、LNG、液化石油气（LPG）和甲醇。“我们在LPG双燃料改装方面已具备丰富经验。”MAN Energy Solutions二冲程改装项目与PVU销售负责人Klaus Rasmussen表示：“对于碳中和甲醇改装，我们已经做好了接受相关订单的准备，甲醇双燃料发动机已准备就绪。”不过他也补充说，业内还需要时间让足够多的船舶修造厂为改装制定一个结构化流程。一旦整个流程建立起来，改装规模可迅速扩展至数百艘船，造船厂能够由此跟上时代发展和新需求步伐。“欧洲船厂已对此表现出兴趣。我们预计在两年内有望看到第一批适用于甲醇的二冲程发动机改装。”市场分析表明，集装箱船、滚装运输船和油船等大型船舶较为适合改装。过去10年，这些船舶中的很大部分采用单一燃料发动机建造，造价超过5000万美元，而改装的平均成本约1200万美元，还不到新造船成本的四分之一，因此被认为具有商业可行性。
这些双燃料发动机不需要对发动机内部进行改造就可以使用甲醇，所有改造都在喷油器、气缸盖和燃油输送系统。MAN Energy Solutions也克服了与燃料系统和喷射技术有关的挑战，将从2024年开始为四冲程发动机提供改造。二冲程双燃料发动机是油船、集装箱船和其他船舶的理想选择之一，而四冲程发动机也被用于集装箱船、渡轮、渔船和游轮，两者都广泛用于商业航运。二冲程发动机的功率大约是四冲程发动机的1.8倍，并且可以使用低质燃料，效率更高，维护更少，从而降低了运行成本。Waterfront Shipping已经可靠地运行双燃料甲醇二冲程发动机超过14.5万小时，有19艘船使用甲醇作为燃料。结果显示，双燃料发动机的可靠性通过燃料类型之间的自动故障转移得到增强。虽然双燃料发动机因比单燃料发动机有更多的部件而导致维护成本增加7%，但它对船东来说是有利的，因为船舶能够根据市场情况灵活地改用更低价格的燃料。二冲程发动机在2020年占据了船用发动机市场约54.3%的份额，然而四冲程发动机预计在2028年前会有更高增长，因为它能提供更低噪音水平、更高的速度和更低的资本投入。
MAN Energy Solutions改装与升级负责人Bernd Siebert表示：“将现有发动机改装为双燃料运行对于船舶脱碳至关重要，这是一项可以快速实施的有力措施。而且从经济角度来看，对发动机进行改装比安装新发动机或建造新船效率更高。”
从环保角度看，对发动机进行改装非常有必要。例如，一艘新巴拿马型集装箱船通过使用绿色甲醇或氨，每年可以减少超过9万吨的二氧化碳排放。同时从经济角度看，随着环境法规对发动机和燃料的要求愈加严格，改装的理由也与日俱增。随着航运业在2024年被纳入欧盟排放交易体系（EU ETS），改用绿色燃料可以节省大量成本。国际海事组织（IMO）预计收紧现有排放目标，即到2050年将国际航运业温室气体排放量减少50%，欧盟也承诺到2050年实现气候中和，到2030年将温室气体减少55%（与1990年水平相比）。“在这个过程中，MAN Energy Solutions不仅可以为船东提供绿色环保的发动机和燃料推进系统，还可以为客户提供变革管理方面的建议，并帮助他们建立技术团队，以便更好地为实现可持续发展的航运之旅助力。”Klaus Rasmussen说。
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