近日，交通運輸部等4部門聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實<中共中央 國務院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見>的實施意見》。該《實施意見》提出，積極發(fā)展新能源和清潔能源運輸工具，其中包括積極探索氫動力船舶的應用。

船舶行業(yè)每年的碳排放量為11.2億噸以上，約占世界二氧化碳排放總量的4.5%，并仍處于繼續(xù)增加的趨勢。在“雙碳”背景之下，將零排放的清潔能源——氫能應用于船舶中，無疑是綠色船舶動力裝置的理想方案。

氫動力船舶

目前，氫能主要以兩種動力裝置應用于船舶：一是應用于傳統(tǒng)熱機，包括直接應用的純氫內(nèi)燃機和間接應用的以氨/甲醇形式儲存的內(nèi)燃機；二是應用于新型動力裝置——燃料電池。

氫內(nèi)燃機

使用氫內(nèi)燃機作為船舶動力，可大幅減少船用發(fā)動機的碳排放。由于對船體結(jié)構(gòu)的改變很小，耐久性高，對氫氣純度要求低，且制造產(chǎn)業(yè)鏈成熟，生產(chǎn)成本低，因此更易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

然而由于氫內(nèi)燃機輸出特性偏軟，瞬態(tài)響應較慢，不適合單獨作為船舶的主推進動力，更適合作為船舶電站的發(fā)電機組或用于與儲能電池匹配的混合動力推進系統(tǒng)。

氫燃料電池

氫燃料電池是一種將燃料化學能經(jīng)電化學反應直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，不受卡諾循環(huán)限制，效率可達50%~80%(船用內(nèi)燃機的熱效率僅為40%左右)，振動噪聲低，生成物只有水，可真正實現(xiàn)零碳排放。燃料電池按電解質(zhì)種類可分為五類，其中固體氧化物燃料電池(SOFC)和質(zhì)子膜燃料電池(PEMFC)較適合作為船舶動力使用。

不同船舶動力方式對比

由表可知，雖然氫燃料電池動力船舶的初始成本、運營成本、配套設(shè)施建設(shè)投資均較高，但隨著原材料及關(guān)鍵零部件、系統(tǒng)的國產(chǎn)化及規(guī)?；?，其成本會大幅降低。氫燃料電池具有零碳排放、安全性能好和能源利用效率高等特點，從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，無疑是船舶減排的終極方案。

氫能船舶研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，將氫能燃料電池系統(tǒng)作為船舶動力仍處于探索階段。目前，我國已有多家燃料電池頭部企業(yè)、船舶制造企業(yè)、院校和科研機構(gòu)投入到氫燃料電池船舶的研發(fā)和制造中，氫燃料電池游艇“蠡湖”號、游船“仙湖1號”（聯(lián)悅為其提供氫氣），高溫甲醇燃料電池“嘉鴻01”等紛紛下水航行。

對比國內(nèi)，歐盟、德國、美國、挪威、日本等國際組織和國家在船用氫燃料電池推進技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，已實現(xiàn)船用氫燃料電池動力推進裝置的示范及應用，并已進入推廣應用階段。

氫能船舶應用趨勢

氫能在船舶動力上的應用趨勢要從制氫、儲氫和終端應用三個環(huán)節(jié)分析。如圖所示，無論是哪種氫燃料動力船舶，都需要面對氫氣的制儲運問題。

目前，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，但由于儲氫密度較低，只適合功率小、航程短的游覽船和擺渡船，故使用場景有限。大部分船舶功率需求大、航程遠，需要采用高密度儲氫方式，如以生物質(zhì)富氫燃料儲存重整制氫和液態(tài)儲氫，尤其是液態(tài)儲氫更容易做到標準化、統(tǒng)一化管理，是未來船用氫能儲存的必然趨勢。 對此，聯(lián)悅未來也將在沿海城市布局液氫工廠，積極推進氫能在船舶方面的應用。

在終端應用方面，質(zhì)子膜燃料電池(PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和氫/氨內(nèi)燃機各有優(yōu)劣勢，需要針對不同船型和應用場景配置不同的儲氫方式和動力形式。

氫能船舶未來可期

氫燃料電池既可作為船舶的推進動力，又可用于船舶電源，適用于渡船、供給船、巡邏船、貨運船和觀光船等船舶。相比于其它能源方案，氫燃料電池具有高效、無污染、噪音低等特點，其優(yōu)勢吸引著世界各國和各大船舶企業(yè)的關(guān)注。

據(jù)克拉克森預測，到2050年，氫燃料船舶占替代能源船舶的比例會達到40%。由此可見，未來氫燃料船舶應用前景廣闊。隨著世界石油價格的不斷上漲和環(huán)保要求的提高，以及氫燃料的成本降低，氫燃料電池廣泛應用于船舶產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域指日可待，將引領(lǐng)船舶動力系統(tǒng)的換代革命。