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欧阳明高院士:双碳目标下的航运减排路线图

新闻来源:中国船检    浏览量:360 王思佳 2021-08-20
        减碳已成为当前全社会所面临的共同任务。绿色低碳发展,碳达峰、碳中和战略将给全社会各个领域带来广泛深刻的系统性变革。航运业作为服务全球贸易发展的基础力量,也将不可避免地参与到这场变革中。那么在碳达峰、碳中和两个阶段目标中,谁能撑起舞台?航运业要实现双碳目标存在哪些迫切需要解决的技术难题?在双碳背景下的船舶行业转型过程中的安全问题又应如何保障?带着这些问题,本刊记者专访了中国科学院院士、清华大学车辆与运载学院欧阳明高教授。
 
新能源体系的形成
 
        记者:您如何看待我国做出的碳达峰、碳中和承诺?交通领域如何实现双碳目标?
        欧阳明高:自去年9月以来,习近平总书记先后7次在不同会议场合强调这一重大战略,并将其提升到了中华民族永续发展和建立人类命运共同体的高度。这是全人类的共同事业,也是我们新发展理念(创新、协调、绿色、开放、共享)的全方位的完美体现。同时我认为,这与我国国家利益诉求点也形成了完美统一,这一国家战略必将会对中国经济社会带来一场全方位的变革。
        作为能耗和碳排放的三大行业之一,交通运输行业的低碳发展势在必行。由于交通领域的特殊性,相较能源、工业等其他行业,交通领域是唯一还在上升的碳排放领域。此外,相较于国外,中国的交通行业还处于大规模发展中,这意味着未来中国交通领域的碳排放量存在潜在的大规模上涨趋势,因此相比其他各行业,交通领域要想在2030年实现碳达峰的难度更大,任务更为艰巨。在碳综合方面,交通领域面临的技术挑战也比其他行业更大。因此我们要有紧迫感,要立刻行动起来。
        当然,这既是挑战也是机遇。我们目前正处于第三次能源革命(可再生能源转型)和第四次工业革命时期,绿色化、智能化已进入革命性爆发时期。正如习总书记所说,我们正处在百年未有之大变局,在今后二三十年间,此变局在交通行业将会体现得更加明显。
 
        记者:双碳目标将为交通行业带来哪些变革?
        欧阳明高:以陆上交通为例,我们对于新能源汽车的研究已经有20年了,目前乘用车方面的市场推广已实现全方位普及,电动轿车数量今年预计会达到250万辆,明年有望突破400万辆。前期缓慢的瓶颈期已经跨过,目前已经进入爆发期,这将是不可阻挡的趋势,而且这个趋势会带动交通领域的全面电动化。
        其实,我们目前已经进入交通全面电动化的时代,包括汽车、火车、船舶、飞机等各领域,而这些领域的电动化都是由陆上交通拉动起来的。例如氢能,是在燃料电池轿车的研制过程中发展起来的。
        纵观每次能源革命或工业革命,都是由某种交通工具带动整体的发展与变革。例如第一次能源革命是火车带动了煤炭的大规模发展;第二次能源革命是汽车(使用内燃机)带动了石油的发展,石油成为当时政治、经济、外交、金融等方面的重要载体。而如今,正处在从油气向可再生能源的变革之中,未来,可再生能源将替代石油成为新的载体,可能是电、氢以及氢的载体(例如氨),继而形成一个新的能源体系。
 
        记者:对比陆上交通,水运交通有何不同?水运交通如何实现双碳目标?
        欧阳明高:可以说,目前是汽车领域拉动着新能源体系变革向各行各业扩展,对于水上交通而言,目前也呈现出绿色发展大趋势。据我了解,水运行业正在积极探索研究各种减排技术与措施,包括利用清洁能源,应用辅助装置、能效技术优化管理等。
        水上交通相较于陆上交通更具全球属性,其包括内河航运和国际航运,因此对于水运交通而言,不仅要遵守国内的法规,还要遵守全球的法规,例如国际海事组织(IMO)针对温室气体减排提出的初步战略,以及我国的双碳目标等。面对内外各方压力,我认为水运交通需要进一步加大投入,加快推动关键技术创新及清洁能源规模化应用和相关技术标准的研发,例如如何将现有的燃料——液化天然气(LNG)、甲醇、氢、氨等——应用到船舶上等。接下来,水运交通的绿色发展将从起步阶段迈入提升发展阶段,以推动我们当前航运主流能源形势的变革,我认为这才是根本。
 
水运变革特色之路
 
        记者:您认为水运行业的最佳技术路线是什么?
        欧阳明高:水运行业的技术路线图肯定与汽车不一样。对于船舶而言,我认为转型之初可能还不能完全舍弃内燃机,除了选择使用燃料电池、纯电动作为动力,可能还需要继续使用内燃机,只是燃料的选择可能更加多元(更换无碳燃料),该选择的技术经济性相对比较容易达到市场要求。
        电动船方面,据我了解,目前已经有了纯电动船,与汽车只需要几十度电不同,电动船需要装载很多电池,因此电动船安全问题可能将是需要大家未来重点关注的核心问题。
        无碳燃料方面,即基于可再生能源的制氢,然后在此基础上再制氨/甲醇,从氢的角度来看,我想灰氢可能是没有前途的。在十年前也许还有可能,但在如今的大背景下,很难再继续用灰氢。而且,汽车行业的转型本身就是向着全可再生能源方向发展,也就是真正的新能源电动汽车。刚开始的“新能源汽车”虽并非真正的新能源,那只是新能源汽车的第一阶段(煤含量较高),但之后煤的比例逐年下降,目前就算直接用网电也可以减少二氧化碳排放。但对于船舶而言,如果选择使用煤炭制氢再制氨/甲醇,外加内燃机的组合,就需要考虑做评估——这么做是否有可能会增加碳排放?
 
        记者:在您看来,目前需要迫切解决的技术问题/难题有哪些?
        欧阳明高:正如我前面所述,由可再生能源转变过来的,一个是使用电,一个是氢。因此,在技术问题方面,我认为有两点需要重点关注。
        首先是纯电动船舶的安全问题。电池的比能量一旦升高就会出现安全问题,而实际上,比能量中等时就会出现安全问题。例如4·16北京储能电站火灾事故,其使用的相对安全系数比较高的磷酸铁锂电池照样发生着火事件。
        根据我们以往经验,我觉得船舶在这方面的风险可能会比汽车更大,因为纯电动船舶所载的电池量与储能电站差不多,其风险相当。此外,由于电池制造过程中总是会有一定比例的缺陷电池存在,哪怕是百万分之一的比例,因此,电池数量越多,出现缺陷电池的可能性就越大。事例也证明,电站着火的比例远高于汽车。因此,安全问题是电动船的核心问题,需要特别关注。
        其次,如果直接使用氢,存在储存和运输等各方面的问题,因此还需在船上找到氢的载体。目前来看,氨可能是大家比较看好的一个载体。据我了解,水运行业的相关工作已经开始,这或许会成为船舶行业做氢能应用的一个特色方向。因为氨的燃烧速率偏低,更适合目前船舶所使用的中低速柴油机使用。 
        综述,我认为水运行业还是可以大有作为。以上两个技术方向将是水运行业可以做出特色和优势的,而且肯定会比汽车更加突出。
 
        记者:第一阶段碳达峰目标,谁将撑起这个舞台?
        欧阳明高:碳达峰目标的达成,我认为还是需要依靠LNG等低碳燃料或低碳技术来实现。因为第一阶段所剩时间很短(不到十年),现在想要大规模推广其他新技术根本来不及。我之前所提到的氢、氨等零碳燃料和零碳技术是实现碳中和目标的主要手段,这两者是可以分开的。
        所以,我认为在水运行业实现双碳目标的技术路径中,低碳燃料、高效发动机、高效的船舶整体节能等现有技术手段将是实现碳达峰目标的主体技术,我们需要做的只是将其推广应用,先用起来。同步研发零碳燃料、零碳技术等,到2030年之后再逐步替代。
 
        记者:现阶段需要克服的主要障碍是什么?
        欧阳明高:技术的转型和变革会带来利益的重组,有些相关方将不可避免地会丧失一部分利益。以前在讨论低碳话题时,并不需要做任何实质性的承诺或动作,因此所有相关方都愿意参与讨论。但随着两碳目标的提出,低碳问题被具体化和量化了,通过计算就能知道各方所需要做出的碳减排贡献值是多少,减排时间表也逐步清晰明确,各参与方的态度也在发生变化。
        因此,我认为目前需要克服的障碍并不是技术,而是观念。技术革命和社会革命是类似的,也会有革命者、保守者,甚至会有反对者,这些都由利益决定,所以这是目前最大的障碍。就好比汽车行业,变革初期很多人是不愿意改变的,例如决定不再使用石油,石油商肯定首先不愿意,一方面他可能跟不上变化,另一方面他可能也不愿意跟。
        但是,观念不改变,很难跨出第一步。因此,破除利益的藩篱可能是当前最重要工作。这个比技术难度更大,改变起来时间也更长。
 
一面两线三点促共赢
 
        记者:水运业要实现双碳目标应如何做?
        欧阳明高:我总结为一个面、两条线、三个点。
        一个面,主要是指双碳涉及的领域这个面非常大。工作覆盖面非常广,但人员却极其有限,需要依靠大家的智慧与力量通过合作与交流才能完成。该项工作更多的是做一些宏观的、软科学的资料收集、整理、消化和吸收,并做进一步理解和评估。尽管这项工作相对偏虚,但却相当重要。
        两条线,一是低碳/零碳技术线,二是规范/标准线。这些都属于船级社的定位和职责,中国船级社(CCS)要发挥好独一无二的牵引作用。对于低碳/零碳技术,CCS需要对所有国内外低碳技术、技术路线等进行测试、评估与初步筛选,选出哪些适用,哪些不适用。找出适合船舶使用的零碳的/碳中和的新能源技术。对于相关的规范/标准,CCS更是责无旁贷。尽早制定出规范,通过规范标准来实现引领行业健康发展。
        汽车行业的技术路线经历了多次反复,现如今仍存在未达成共识的方面。我国是从2008年开始确立推动轿车的纯电驱动,当时在国际上争议很大,反对声音占大多数,我们并不占主体。一直到如今我们站住脚跟,并且国际上各方也朝着这个方向前进。再例如汽车领域的卡车目前也正在进行一次多元化的选择。因为多元化最后还得要走向一体化或者选择几个选项,不可能所有选项都可行,如此经济上肯定无法支撑。
        那么船舶行业是否也能走出相同路径呢?也就是说不完全跟跑,形成具备我们优势的引领。在这个方面,我认为中国船级社有责任,且大有作为。这类评估与选择最终还是要靠技术经济性来决定,要在国内外市场上与其他技术形成商业竞争力,不可能长期依靠补贴。我们要把自己主导的路线做出来,引导大家按照我们路线走。
        三个点。第一是燃料,我认为重点应该是氢的载体,氢究竟用什么方式使用在船上。目前,我比较看好的是氨,因为其储氢的重量比能量和体积比能量都比较高,此外,氨合成再转化成氢的技术比较成熟,也符合中国特色,中国有很多化肥厂,目前已有很多合成装置,而且技术的升级、技术的接替性也非常好,马上会有更高效更绿色的电化学合成技术投入应用。因此我认为,中国船级社的绿色实验室可以介入到氨的研发层级,而不仅仅是评估。
        第二是动力(内燃机),当然需要跟燃料配合,例如电池。我认为既突出船舶特点,又突出中国特色的使用氨的内燃机方面值得深入到技术研发的层面,即中国船级社需要与外界建立合作,真正做相关研发工作。我想强调的是,我所说的研发要突出水运优势、中国特色。我看到中国船级社的建社方针中有“与众不同、国际一流”的表述,我的理解是要与众不同,还要世界一流的技术,需要精心选择。
        第三是安全。首先是电池和氢的安全,尤其是电池的安全,其在船舶上的挑战更大,危险更大。我认为在这方面中国船级社也需要介入研发,包括对电池安全规范的制定等,不同于汽车的特殊规范。因为船舶上的电池安全与汽车上的不一样,它更接近于电池储能电站的安全。
        其次是安全的电子在线监控。与目前车上一样的方面可以选择合作,与车上不一样的、船舶特有的方面需要进行单独研究。还有火灾,一般分为本真安全、主动安全和被动安全。主动安全就是监控,因为船舶是集中统一的调度和控制,可能比汽车更加方便。本质安全更多是提技术要求,对供应商提出特别的技术规范和要求,这是需要经过研究之后才提得出来。被动安全是消防等,一般指单体电池的热势控与热试剂,电磁系统的热蔓延与热管理,以及后期出现事故之后的热灾害与热防护三个方面,我觉得这个方面可以做很多工作。
        特别需要指出的是,上面三个点需要连成一条线,相互之间不能是三个分离的点。
 
        记者:您刚才提到,水运业要实现双碳目标需要全行业的协作,那么您认为应如何推进全产业链的协同合作呢?
        欧阳明高:政府机关是行政的把关者,而船级社相当于技术方面行业准入的把关者。目前行业的发展很多需要依靠技术的把关,能不能进、按照什么标准进都需要船级社给出标准与依据。所以,船级社是资源整合者、信息集成者,第三方的身份得天独厚。
        因此,我认为要推动全产业链的系统合作需要由中国船级社牵头搭建平台、整合资源,而且中国船级社最终将会把大家的智慧集中起来,制定形成行业规范。相关方都会很乐意参与进来。这是产业链上的任何一个竞争主体(例如船东、船厂)都无法做到的。当然,这也是中国船级社的职责与使命所在。
 
        记者:您对中国船级社助力水运业实现双碳目标还有哪些期望?
        欧阳明高:中国船级社作为水上安全链上的重要一环,在引领行业发展、制定安全标准、提供高效服务等方面具有独特和全面的优势。
        在新能源领域,中国有能力更要有雄心做到国际领先,我们要把这个目标立得高一点,来引领我国水运行业绿色跨越发展,为实现双碳战略目标作出更大的贡献。中国船级社组织整合国内、国际,社内、社外的优势力量,积极建设水上绿色技术实验室,既是顺应时代绿色发展大潮流的正确部署,也是实现高质量发展和国际一流目标的必由之路。我希望中国船级社牵头成立的相关实验室在相关各方的支持下,快速成长和壮大起来,早日成为水运绿色技术领域国内领先、国际一流的实验室,引领和推动水运行业绿色低碳发展。
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