摘 要：我国 “碳达峰、碳中和”的发展目标给航运企业带来了巨大的挑战。本文提出对船舶尾气捕获的CO2进行再利用，可能是实现低碳/零碳目标的重要环节。通过明晰碳捕获后的多种CO2利用技术，结合航运业自身属性，认为将船舶碳捕集后的CO2转化为再生燃料促进能源循环利用，是可行的发展方向。最后，本文分析了捕获CO2转化成燃料在船舶上应用的技术关键和存在的问题，提出了“船舶-港口-物流-燃料”产业链的概念，旨在为我国航运业“零碳发展”提供决策建议。

关键词：航运业，碳捕获，碳利用，碳中和

1. 前言

国际海事组织（IMO）预测，按碳排放趋势不控制的情景下，到2050年全球航运业的CO2排放量可能再上升250%。因此，IMO设定了2050年碳排放量相比2008年至少减少50%的目标，即要求单船CO2排放量减少约85%（IMO， 2018）。

碳捕获与存储技术（Carbon Capture and Storage，CCS）是一种从末端控制碳排放的方法，在低碳和零碳燃料实现大量供应之前，船舶CCS技术将成为航运业碳减排目标的重要出路之一（吕佳宸， 2021）。要完成最终减碳目标，捕获CO2的后续处置也是CCS技术进一步发展以及达到“碳中和”的目标“最后一公里”。因此，CO2再利用是为实现高效碳捕获和封存而引入全新解决方案。本文重点阐述了船舶碳捕获后的CO2利用可行性，并对相应的技术路线进行了评估，旨在为我国航运业“零碳发展”提供决策建议。

2. CO2利用现状

CO2工业上的利用范围很广，包含了物理利用、地质利用、化工利用和生物利用四大类型（王建行等，2020; 肖筱瑜等，2022;赵毅等，2020）。和直接利用相比，通过特定的转化方式，将CO2用于生产无机和有机化工产品将大大助力实现碳减排的目标，同时亦可得到高附加值的产物，如化工产品、燃料等。目前，商业化应用主要是合成尿素、生产纯碱、合成水杨酸技术等。

此外，通过不同催化方法还可以将CO2还原成多种高价值的动力燃料或高附加值产品，如利用CO2加H2合成低碳燃料如甲醇、甲烷或其它烷烃气/液体燃料，既可以高效利用CO2减少对化石燃料的依赖，也可以加强资源循环利用从而减少碳排放（韩飞等，2021）。

2.1 CO2加氢制甲醇

近年来随着温室气体排放的加剧，如何将工业生产中排放的CO2转化为高附加值燃料或其他化学品是未来可持续发展的趋势。现阶段，CO2加氢制甲醇技术颇受重视。甲醇除了作为低碳燃料，其还可以作为中间产品转化成其它如烯烃、芳烃等高附加值的化学品。利用碳捕获的CO2与氢制备甲醇，将有助于实现船舶燃料自我补给，达到循环利用的目的（李庆勋等，2019）。

CO2加H2制甲醇的成本主要取决于于制氢的成本，即电解氢的用电成本（张彩丽，2018;沈威等，2019）。Mar Pérez-Fortes等（2016）通过对项目整体经济测算的结果是无法实现盈利，主要是是CO2制甲醇使用贵金属作为催化剂，总体造价较贵，所需的制氢成本也比较高。

但随着氢能产业的发展、氢价下降以及碳交易市场的成熟，CO2加氢制甲醇技术生产成本可能会逐步下降。

2.2 CO2加氢制甲烷

CO2的另一个制备低碳燃料的技术路线即CO2甲烷化。CO2和H2按照特定比例通过镍基和钌基等催化剂反应器，生成CH4与水的产物，最终由冷凝装置除去水分，从而得到高纯度的甲烷。目前，CO2加氢制甲烷技术由于其催化机理尚不明确，高效稳定的催化剂也是困扰技术发展的瓶颈。现阶段，只有一些小规模示范和试验用二氧化碳和氢气合成甲烷，工业化应用还没有得以实现（韩飞等，2021）。和CO2加氢制甲醇一样，制甲烷的经济性仍是合适的催化剂和制氢的价格。

2.3 CO2矿石碳化

2021年包钢集团完成了全球首台套固废与CO2矿化综合利用项目，主要是碳化法钢铁渣综合利用，通过钢铁废渣的综合处理，得到高纯碳酸钙和含铁料等产品。整个项目对于解决炼钢过程中的固体废弃物循环再利用和CO2减排等问题有着重大意义。

2.4 CO2制绿色甲醇-新能源材料-光伏级EVA树脂

2021年，我国与冰岛能源公司联合开展了“CO2碳捕集与综合利用项目”（国海证券，2021）是全球首条“碳捕获-制绿色甲醇-新能源材料”产业链项目。该项目可回收CO2为15万吨/年，并生产2万吨光伏级EVA树脂。实现了5000万平方米的光伏膜生产，将其应用于光伏发电，装机量容量可达5 GW，预期每年可生产60‒90亿度电。

2.5 海水固碳和利用技术

海水固碳和利用技术主要是通过富含钙、镁离子的水溶液对CO2进行矿化。解决了CO2的利用问题，具备一定的经济性和环保型，但是海水固碳需要外加碱源，而制备碱源也需要耗能。因此，海水固碳技术中碱源制备技术流程是绿色化、低碳化的关键环节（王建行等，2020）。

3.国内船舶燃料低碳发展路径

世界各国航运业产生温室气体排放问题面临着与日俱增的环保压力。我国航运业的碳中和战略应基于本国国情，并遵循国家政策和能源安全战略（郑洁等，2020;罗销峰等，2021;武嘉璐，2021）。

不同船舶的尺寸、航线、营运工况和靠港频次等方面区别较大，对燃料供应、减排要求和相关技术要求业差异较大。从CO2加氢制备技术成熟度和目前工业化进程来说，船舶碳捕获后CO2后续利用，加氢制甲醇作为船用低碳是目前的航运业低碳发展的重要方向之一。

3.1 甲醇作为低碳燃料的可行性

首先，甲醇作为船用燃料，其应用和动力装置系统密切相关，应综合考虑燃料转化率、功率级别、技术的成熟度等因素。现阶段甲醇发动机多是在针对现有的柴油机进行改装（罗销峰等， 2021），甲醇-柴油双燃料低速二冲程发动机已有成熟产品，现已在部分甲醇动力船舶上使用，但甲醇燃料中速机的应用有待进一步发展（薛龙玉，2022）。，

其次，甲醇的生产已经是很成熟的工艺，能够满足船舶的能源供应。因此甲醇的加注设施是甲醇能够作为船用燃料的重要环节。一些国家的港口已经建立了甲醇加注的基础设施，这为甲醇作为船用燃料具备了生产、分销乃至加注提供的基础便利设施（薛龙玉，2022）。

第三，甲醇燃料的减排效应也是甲醇成为低碳燃料关键指标，如果能结合船舶碳捕获CO2加氢制备甲醇燃料，将助力航运碳中和发展，并符合IMO制定的航运业减排目标。

最后，航运业关注的重点还有甲醇燃料使用的安全性。现今，《甲醇/乙醇燃料船舶安全暂行指南》已制定发布，使得船舶使用甲醇燃料的安全性得以有保障依据。

3.2甲醇作为低碳燃料需关注的问题

（1）碳捕获技术的不确定性

船舶甲醇燃料的应用除考虑其能源动力装置与系统、能效技术适应性等方面外，还应关注碳捕捉技术带来的不确定性。

（2）碳中和甲醇的经济性

绿氢是能否成功制备碳中和甲醇的生命线。但是，绿氢由于目前制备成本过高而使得碳中和甲醇的经济性严重不足，这就大大降低船东使用的积极性。相信今后由于制氢的规模的扩大，碳市场机制的补充，会大大降低碳中和甲醇的成本。

（3）碳市场机制尚未完善

目前，碳排放权较易是一种市场调节手段，作为清洁能源技术手段补充手段，在较多工业领域已经得到了应用，但是航运行业的碳市场机制仍需研究制定，未来的规则和发展方向也应尽早明朗。

4. 小结

综上所述，从能源供给、技术、经济、环境和法规等多方面综合评估后发现，对于航运企业，具有发展前景和应用需求的清洁能源主要包括低碳能源LNG和甲醇、零碳能源氢和氨（周晓和冷瑜， 2021）。因此，基于能源循环利用原则，船舶捕获CO2后加氢制甲醇，用作低碳船用燃料，是一个前景广阔的发展方向。

要加紧船舶碳捕获后的船舶‒港口‒甲醇生产厂的低碳产业链布局（图1），提高甲醇低碳燃料在航运业的使用比重。例如构建碳捕获后CO2的物流运输链，通过合资或参股方式投资相关的甲醇生产厂商，与国内相关科研院校合作研发新型发动机，开展船舶发动机及相关设备的研发与试验，推进船舶碳捕集后CO2再制甲醇燃料产业链应用。通过实船验证，联合船级社进行低碳能源船舶认证，打通从海上到陆上再到海上的船舶甲醇低碳燃料产业链，最终实现国家与IMO航运业低碳到零碳排放目标。

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