一艘邮轮静静地漂浮在深蓝色的水面上,四周环绕着巨大的悬崖和瀑布。这是挪威的峡湾,在这里世界似乎是静止不动的。但宁静不过是一种幻觉而已:当柴油引擎启动,邮轮开始移动,发出巨大的声音。船舶产生的噪音破坏了田园诗般的宁静,并且船舶还将产生同时排出大量废气被船舶排出。

接连数日,废气都会郁积在高山之间,影响着当地居民的身体健康。因此,挪威政府希望尽快将来自峡湾的排污船全部替换为环保型号,如使用电驱系统的型号等。很快,电动船舶将安静且无排放地驶过白雪皑皑的群山。

除了挪威,更多地方开始反对使用传统船舶驱动系统。据国际海事组织统计,海运产生的温室气体排放量占全球总量的近2.5%,达到每年10亿吨二氧化碳排放。这将对在汉堡和鹿特丹等海港的居住者造成极大影响,配备电动或混合动力驱动系统的船舶或许可以解决这个问题。但这场革命真的能成功吗?

为什么船舶将变为电力驱动?

据联合国贸易和发展会议报道,世界上约80%的商品采用船舶运输。到2022年,跨洋运输将继续以每年3.8%的速度增长。然而,船舶会产生大量废气,如硫氧化物、氮氧化物、烟尘颗粒和细尘,以及二氧化碳(CO2)等。IDTechEx One的市场调研员计算出,一艘大船的二氧化碳排放量相当于7万辆汽车的排放量,氮氧化物排放量相当于200万辆汽车的排放量,细尘和致癌颗粒物排放量相当于250万辆汽车的排放量。船舶排放的氮氧化物占全球总排放量的15%。因此,船舶是海港最严重的污染源之一。

大多数货柜船、邮轮、油轮和货轮都以重柴油为燃料,并且消耗量巨大:全球9万艘船舶每年总共消耗3.7亿吨燃料,产生2000万吨氧化硫。在内河航运中,则使用柴油燃料,其燃烧时产生的危害相比重油较小,排放的有害氮氧化物也较少。废气大量排放将对环境造成灾难性后果。世界气候正在发生变化,海洋正在酸化。此外,废气还引发许多健康风险,包括儿童哮喘、夭折等。

若我们像过去那样继续使用传统能源,情况将继续恶化。到2050年,空气污染程度可能比现在严重至少50%,或更糟,达到250%。一项欧盟议会的研究假设显示,到2050年,全球近五分之一的二氧化碳排放量将来自海上交通。这使“巴黎气候协议”的目标摇摇欲坠,该协议规定将全球平均温度的升高控制在远低于工业化前水平2°C以下。

如何减少排放

2018年4月,国际海事组织决定大幅减少排放。联合国组织的173个成员国希望能够在2050年前将船舶的二氧化碳排放量至少降低至2008年的一半。自2018年3月起,所有船舶的燃料消耗量以及由此产生的尾气排放都必须加以记录。从2020年起,只能使用含硫量不超过0.5%的燃料,目前的限值是这个数字的7倍。

若想要实现这一远大目标,就需要改变思维方式。那么究竟可以通过哪些方案来实现减排呢?当下存在许多解决方案:例如,船舶可以通过安装催化转化器将有害的氮氧化物分离成氮和氧,其原理类似于汽车尾气的处理以及通过烟尘过滤器过滤颗粒物。或者,船只可以将污染严重的重油替换为船用柴油。船用柴油含硫量更少但价格高昂。而这两种方案都存在同样的缺点:它们都以消耗化石燃料的内燃机为基础。但照目前的消耗速度,生产柴油的矿物油在50年内就会消耗殆尽。

所以使用液化天然气( LNG)、氢气或电能等其他能源是更高效、更清洁的选择。在陆地和空中交通中,电力驱动系统可持续性更高。在许多情况下,可以将更加环保的石油替代品应用于内河航运以及未来的远洋船舶。电池供电驱动相比石油,尤其是船用柴油而言更加经济,尤其是。因此据IDTechEx预测,全电动和混合动力船舶的全球销量未来将增长。到2027年,这一数字可能达到200亿美元。

船舶已“半电动”驱动已实行多年

几千年来,船舶是靠风力驱动,从19世纪初开始,逐渐被发动机驱动取代。到了20世纪,随着蒸汽机和涡轮机的发明,各种形式的柴油机被投入使用开始消耗柴油、重油、瓦斯油等化石燃料。一般这种类型的驱动系统都是机械式的:柴油机驱动机轴,传动到船舶的螺旋桨。发动机或发电机还要负责为船上的所有电气系统供电。

实际上多年以来,许多船舶已经部分实现了电气化:80%的远洋船舶现在使用柴油电力传动系统,依靠柴油发电机发电驱动电动发动机,同时带动船舶的螺旋桨。这种模式的优势在于:可节省5%到20%的燃料;电机由较少的部件组成,较不容易出现故障,磨损也更少。以此达到减少能源损失和提高效率的目的。但这不是完全的混合驱动系统,混合驱动系统是可供船舶在柴油发动机没有运转的情况下使用船载电池能源,并至少可航行一段时间的系统。在未来,电动发动机也可以通过其他方式供应能量,如通过可充电电池、液化天然气(LNG)或太阳能等。