专家洞见 | 生物燃料：在役船舶实现脱碳的务实路径

生物燃料：在役船舶实现脱碳的务实路径

生物燃料能帮助船舶在几乎不扰乱日常运营的前提下实现脱碳，这对当前的航运业至关重要。

船用生物燃料来源于可再生有机材料——原料包括植物材料、藻类，以及工业与城市废弃物。它可以作为传统化石燃料的替代方案，适应性强，排放也较低。生物燃料有固态、液态和气态等不同形式。其中，液态生物燃料正在海事应用中占据核心地位。这是因为液态生物燃料与现有船舶技术、燃料基础设施和法规都具有良好的兼容性。

对于船东和运营商而言，生物燃料是一条切实可行的减排路径。同时，它也有助于延长现有船舶的资产价值。

本文将探讨以下内容：船用生物燃料的定义、适用于船舶的生物燃料类型、相关适用法规，以及运营商在整合生物燃料与现有燃料供应系统时需要考虑的关键因素。

1, 船用生物燃料的法规驱动因素与改装需求

根据业内分析，当前全球船队中有相当一部分船舶可能不会针对液化天然气、甲醇或氨等下一代燃料进行大规模改装。这一比例潜在可高达三分之二。主要原因在于船龄和经济条件限制。

对于这些船舶而言，符合SOLAS公约的生物燃料，能够为以最低资本支出实现IMO碳减排目标提供一条务实路径。

这些燃料在现有安全和环境框架下运行。相关要求见于《SOLAS公约》第II-2章和《MARPOL公约》附则VI：《SOLAS公约》第II-2章规定船用燃料的最低闪点为60°C，《MARPOL公约》附则VI则对硫含量和排放进行规范。

合规性通过燃油交付单（Bunker Delivery Note, BDN）和安全数据表（Safety Data Sheets, SDS）等文件进行验证。这些文件也构成运营商在ISM规则下的义务之一。与此同时，国家港口主管机关负责核查供应商的合规情况。

除IMO法规外，欧盟FuelEU Maritime法规以及欧盟排放交易体系等区域性框架，也正在推动生物燃料的采用。这些法规要求停靠欧洲港口的船舶降低温室气体强度，并进行排放报告。

2, 生物燃料的特性

适用于船用发动机的生物燃料必须满足严格的法定、技术和安全要求。以下为生物燃料的几种主要类别：

· 原生植物油

原生植物油提取自油料作物，例如油菜籽、大豆和葵花籽。这类油品的特点是黏度较高（40°C时为30–40cSt），能量密度适中。使用时需要对燃料进行预热，同时由于其酸性和潜在腐蚀风险，还需谨慎选择材料。此外，燃料使用方可能需要在原生植物油中混入船用柴油，通常比例为5%–20%，以促进燃烧和点火。

· 加氢处理植物油HVO

加氢处理植物油通过对植物油或动物脂肪进行加氢处理制成。其性能与传统柴油非常接近，具有较低黏度（40°C时为2–4cSt）和出色的低温流动性能。这种高端“即用型”生物燃料符合ISO 8217:2024和EN15940标准，也常被称为可再生柴油。EN15940标准下的HVO可在现有发动机中使用，无需改装。

需要注意的是，由于HVO具有石蜡基特性，在从HVO切换至富含沥青质的燃料时，燃油循环系统中的过滤需求可能会增加，因为高浓度石蜡可能促进重质燃料油中的沥青质沉淀。

· 脂肪酸甲酯FAME

脂肪酸甲酯通过植物油或脂肪的酯交换反应制成。FAME也已被纳入ISO 8217:2024船用燃料标准，可在RF和DF等级中最高以100%的比例使用。FAME黏度较低（40°C时为4–6cSt），可能需要对燃油进行冷却。FAME也被称为生物柴油，包括B20和B30等混合燃料；在使用这种燃料时，需要确保发动机弹性体和密封件与FAME兼容。

· 乳化燃料与先进生物燃料

通过将生物来源的水溶性原料（例如FAME生产过程中产生的甘油，以及热解工艺产生的糖类）与水混合，并进一步将细小燃料液滴乳化到水基体系中，可以生产出具有高性价比的燃料，例如bioMSAR™。与重质燃料油相比，这类燃料可显著减少二氧化碳排放。这些解决方案目前正在进行海上实地试验，未来有可能成为现有船舶的主流选择。

· 加氢处理热解油HDPO与费托合成油

加氢处理热解油（HDPO）和费托合成油具备很高的技术潜力，这类燃料有潜力不依赖油脂作为原料，而直接使用固体生物质进行生产。然而，由于生产工艺复杂且成本较高，目前仍处于应用早期阶段。

3, 系统集成与运营考量

对于符合SOLAS公约要求的生物燃料类型，通常只需要对燃料供应系统进行小规模改造。工程师可以对现有的燃料处理单元进行改装，使其能够处理特定类型的生物燃料。也可以调整燃料供应管线，引入“燃料分流系统”：即一个燃料系统用于生物燃料，另一个用于传统燃料。关键集成的考量部件包括：

· 加热器

对于高黏度燃料，加热器是使其达到最佳喷射性能所必需的设备。对于部分生物燃料（例如乳化燃料或热解油），需要控制表面温度和表面功率，以避免燃料降解或结焦。

· 冷却器

有些生物燃料的低温流动性较差（即倾点较高）。对于这类燃料，通常需要特别考虑冷却问题，以维持合适的黏度，并防止蜡的形成以及冷滤器堵塞。

· 均质机

均质机用于减少油泥和颗粒物含量，从而提升燃料稳定性和发动机性能。对于使用石蜡基柴油与富含沥青质的重质燃料油混合物的系统，均质机尤其重要，例如在燃料切换过程中。

· 生物燃料混合器 / 船上混合系统

生物燃料混合器或船上混合系统可实现生物燃料与馏分油的精准混合，通过促进点火和燃烧，带来多种运营和效率收益；甚至还可利用水溶性燃料组分，实现水乳化燃料的应用。

4, 安全、合规与竞争优势

遵守SOLAS公约和MAPOL公约附则VI能确保了生物燃料的采用既安全又顺畅。在进行适当的产品选择和系统集成后，船舶可以在几乎不改动油舱、机械设备和加注流程的情况下使用生物燃料。

对于不符合SOLAS公约要求的燃料，则需要按照IMO《国际气体燃料船舶安全规则》（IGF Code）进行设计，并需要更大规模的改装和认证。

对于运营中的船舶而言，符合SOLAS公约要求的生物燃料是实现可持续发展目标的最佳方式：成本效益最高，对运营的影响也最小。

主要结论

· 船用生物燃料是航运业脱碳工具箱中的重要组成部分，尤其适用于那些不适合改装为替代燃料船舶的船队。

· 生物燃料能够利用现有基础设施，满足不断演变的法规要求，并能够在对运营影响最小的情况下进行部署。

· 随着技术持续发展以及监管支持不断加强，生物燃料将在实现持续发展目标、支持全球低碳转型的过程中发挥越来越重要的作用。