船舶動力系統向“綠”而行

從LNG率先破冰、甲醇強勢突圍，到氨能引領零碳未來，再到燃料電池聚焦短途創新，每一種新能源都以獨特優勢為航運減排提供解決方案，卻也在技術、安全、基建等維度遭遇共性挑戰。

在浩瀚無垠的海洋之上，船舶宛如靈動的紐帶，將世界的各個角落緊密相連。長久以來，傳統燃油在推動船舶破浪前行的同時，也悄然給環境套上了沉重的枷鎖。船舶尾氣中肆意排放的二氧化碳、硫氧化物和顆粒物，如同一把把利刃，無情地破壞著海洋生態與大氣環境。

時代浪潮奔涌向前，全球環境保護意識不斷覺醒，一場關乎船舶動力系統的綠色變革，如同破曉的曙光，在碧波之上徐徐展開。工業和信息化部、國家發展改革委等五部門聯合頒布的《船舶制造業綠色發展行動綱要（2024—2030年）》明確提出，要加快船舶綠色動力系統研發應用，實施船舶動力創新工程。提升傳統燃油、液化天然氣（LNG）船用發動機效率，穩步擴大LNG船用發動機市場應用規模；推進甲醇、氨燃料等低碳、零碳燃料船用發動機核心技術攻關，形成全功率譜系甲醇和氨燃料發動機研制能力，實現規模示范效應；積極穩妥擴大燃料電池、動力電池在船舶的應用范圍；兼顧液化石油氣（LPG）、生物柴油、乙醇等燃料船用發動機發展，開展氫燃料船用發動機技術研發，滿足航運市場多元化綠色低碳發展需求。

這場船舶動力系統的綠色變革絕非空談，而是實實在在地聚焦于燃料革新與技術突破。當環保需求與航運發展的天平亟待重新平衡，哪些新型燃料能夠扛起船舶動力變革的大旗？它們又將如何在實際應用中改寫船舶航行的“動力密碼”？讓我們一同深入了解LNG、甲醇、氨燃料、燃料電池等新一代船用能源，揭開它們為綠色航運未來點亮希望之光的奧秘。

LNG：綠色變革的先鋒

LNG，即液化天然氣，是在-162℃超低溫環境下液化的天然氣，呈無色、無味、無毒且無腐蝕性的液態。液化后其體積僅為氣態時的1/600，這一特性極大提升了天然氣的儲存和運輸便利性，顯著提高了能源利用效率。

作為清潔的化石燃料，天然氣的主要成分甲烷（CH4）在燃燒時，主要生成二氧化碳和水。與傳統燃油相比，LNG的二氧化碳排放量銳減約25%，同時幾乎不產生硫氧化物（SOX）和顆粒物。這種突出的環保優勢，使其成為船舶動力系統綠色變革的理想選擇。

從大型集裝箱船到LNG運輸船，再到短途渡輪與內河航運船舶，LNG動力在航運各領域的應用不斷拓展深化，展現出強大的生命力與廣闊的發展前景。

越來越多的大型集裝箱船開始采用LNG雙燃料發動機。2025年4月，中國船舶集團旗下滬東中華為法國航運巨頭達飛集團（CMA CGM）成功交付全球最大24000TEU級LNG雙燃料集裝箱船“達飛塞納河”號，這艘海上巨輪不僅可容納23876個標準集裝箱，更配備18600立方米超大容量LNG燃料艙，單次續航里程近2萬海里，相當于繞地球赤道近一圈。同年2月，達飛集團與中國船舶集團旗下江南造船簽訂12艘18000TEU級LNG雙燃料集裝箱船訂單，充分彰顯了行業對LNG動力船舶的堅定信心。

LNG運輸船憑借能源自給自足的獨特設計，將裝載的LNG既作為運輸貨物，又用作動力燃料，提升了船舶運營的經濟性，有效降低了對傳統燃油的依賴。2023年9月，滬東中華自主研發的27.1萬立方米超大型LNG運輸船，獲得美國、英國、法國、挪威、中國五大船級社頒發的原則性認可（AiP）證書，單船可運輸1.55億立方米天然氣，滿足470萬戶家庭一個月的用氣。

在短途渡輪與內河航運的綠色變革進程中，LNG動力船舶同樣展現出強勁的發展勢頭。作為中國內河航運綠色變革的先行者，武漢輪渡302號早在2010年便完成試航，成為國內首艘LNG-柴油雙燃料動力船。運營數據顯示，該船在航行過程中LNG替代率高達66%～80%，硫氧化物排放量驟減70%，氮氧化物排放量降低35%～40%， 同時燃料成本節省達20%。這艘“綠色先鋒”以顯著的環保效益與經濟優勢，驗證了LNG動力在內河船舶領域的可行性，為我國內河航運的低碳化變革提供了極具價值的實踐樣本與技術經驗。

在享受其環保與經濟優勢的同時，我們也需正視LNG動力的潛在風險——作為LNG主要成分的甲烷，既是清潔燃料的核心，也是極具破壞力的溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的84倍。這使得LNG在生產、運輸及船舶使用全生命周期中，一旦發生氣體泄漏，將對全球氣候造成不可小覷的負面影響。因此，如何有效控制甲烷逃逸是LNG動力船舶面臨的重要技術挑戰之一。

與此同時，加注設施網絡的不完善成為制約LNG動力船舶發展的另一道屏障。相較于遍布全球港口的傳統燃油補給點，當前僅有少數港口具備LNG加注能力。這種基礎設施的缺口，不僅增加了船舶運營的復雜性與成本，更限制了航線規劃的靈活性。因此，加速LNG加注站建設，完善從氣源供應到終端使用的全鏈條服務體系，已成為推動LNG動力船舶廣泛應用、釋放綠色航運潛力的當務之急。

全球首艘甲醇動力集裝箱船“Laura Maersk”號于2023年9月交付。 圖/Maersk

甲醇：嶄露頭角的新勢力

甲醇作為新一代清潔船用燃料，憑借突出的環保特性與安全優勢，成為船舶動力領域的革新力量。從環保層面來看，甲醇在燃燒過程中主要生成二氧化碳和水，幾乎不產生硫氧化物與顆粒物，氮氧化物（NOX）排放量也低于傳統燃油。在安全性方面，甲醇的閃點為11℃，屬于中閃點液體，相較于汽油等易燃易爆燃料，具有更低的自燃風險。

甲醇燃料憑借環保與安全的雙重優勢，從理論構想走向產業實踐已具備堅實基礎。2023年9月，全球首艘甲醇動力集裝箱船“Laura Maersk”號成功交付。這艘由馬士基訂造的船舶標志著甲醇動力正式登上船舶動力的舞臺。該船采用雙燃料發動機，能夠同時使用甲醇和傳統燃油，投入運營后，每日能夠減少100噸碳排放，有力推動了航運業的綠色變革進程。

我國在甲醇動力船舶領域同樣成果斐然。2025年2月，我國首艘大型甲醇集裝箱船“中遠海運洋浦”輪驚艷亮相。該船創新性地采用純甲醇模式驅動，具備強大的續航能力，可輕松跨太平洋航行。尤為引人矚目的是，在船舶的全生命周期中，其碳減排幅度高達95%。

甲醇動力船舶技術的大規模應用仍面臨諸多亟待攻克的難關。甲醇自身帶有一定腐蝕性，一旦與船舶的燃料系統、發動機部件長期接觸，極有可能造成設備腐蝕，縮短其正常使用壽命。從腐蝕原理來看，甲醇在特定條件下會與金屬發生化學反應，例如與鋁反應生成具有強腐蝕性的甲醇鋁，從而加速金屬的損耗。為應對這一挑戰，科研人員與船舶制造企業正積極探索解決方案，一方面研發諸如聚氨酯、環氧樹脂等高性能防腐涂層，通過在金屬表面形成致密防護層，隔絕甲醇與金屬的直接接觸；另一方面則嘗試采用新型合金材料，像在鋁中添加銅、鎂等元素制成的鋁鎂合金，在甲醇環境中展現出良好的耐腐蝕性能，有望從材料源頭提升設備的抗腐蝕能力。

甲醇的能量密度相對較低，約為19.7MJ/L，低于傳統燃油，這意味著甲醇動力船舶需要更大的燃料艙來滿足相同的續航里程要求。因此，如何優化船舶設計、提高燃料利用效率，是甲醇動力船舶需要解決的重要問題之一。

與LNG動力船舶面臨的困境類似，甲醇加注設施的稀缺同樣制約著甲醇動力船舶的廣泛應用。

由液化天然氣驅動的“達飛 塞納河”號融入了前沿的技術創新，減輕了對環境的影響。 圖/央視新聞

氨能：潛力無限的零碳希望

在全球能源結構加速向低碳化、零碳化轉型下，氨作為極具潛力的零碳燃料，正從幕后走向聚光燈下。其燃燒產物僅為氮氣和水，幾乎不產生二氧化碳，這種近乎“零碳排”的特性，使其成為滿足全球日益嚴苛環保法規的理想選擇，為航運業實現碳中和目標提供了全新路徑。

從原料供應角度看，氨的制備極具可持續性。其主要原料氮氣占大氣成分的78%，取之不盡；氫氣則可通過電解水等方式獲取。隨著光伏、風電等可再生能源技術的蓬勃發展，以綠電驅動電解水制氫進而合成氨的“綠氨”生產模式，成為行業研究熱點。這一閉環生產過程全程零碳排放，突破了傳統氨生產的碳約束，將隨著技術成熟逐步降低成本，讓氨燃料在經濟性與環保性上實現雙重躍升。

在全球航運業加速綠色轉型的浪潮中，日本郵船將一艘LNG拖船進行改造，打造出全球首艘氨燃料商船——“魁”號。2024年7月，“魁”號采用創新的“卡車對船”加注方式，成功完成首批氨燃料的加注工作，這一突破性操作開啟了氨燃料海上運輸的新篇章。2025年3月，“魁”號順利完成示范航行。此次航行中，“魁”號的表現十分驚艷，實現了溫室氣體排放量銳減約95%的優異成績。船上搭載的氨燃料發動機經嚴格測試，未燃燒的氨氣和一氧化二氮排放量近乎為零。

與此同時，中國在氨燃料船舶研發領域也取得重大進展。2024年9月，由中國船舶及海洋工程設計研究院（MARIC）自主研發設計的HERCULES大力神系列16000TEU氨燃料動力大型集裝箱船，榮獲中國船級社（CCS）頒發的原則性認可證書。這一里程碑式成果，標志著中國在大型氨燃料船舶設計領域成功躋身世界前列，為全球航運業綠色轉型注入了強勁動能。

氨燃料大規模應用的背后，潛在風險與技術挑戰不容忽視。氨具有較強的毒性，高濃度氨氣一旦泄漏并被人體吸入，會對呼吸道黏膜、眼睛等造成強烈刺激與損傷，甚至造成心臟停搏、呼吸停止等危及生命的嚴重后果。因此，在船舶上運用氨作為燃料時，必須構建全方位、多層次的安全防護體系。從硬件設施來看，需采用雙層儲罐，其具備內層存儲、外層防護的雙重結構，即便內層儲罐發生泄漏，外層也能有效阻止氨氣溢出；同時，安裝高精度的泄漏檢測系統，如利用傳感器實時監測儲罐、管道等關鍵部位的氨氣濃度，一旦超過安全閾值，立即觸發聲光報警，并聯動通風系統迅速排出泄漏氣體，降低艙內氨氣濃度。

氨的燃燒特性也為其在船舶動力系統中的應用帶來挑戰。相較于傳統燃油，氨的燃燒速度較為緩慢，燃燒穩定性欠佳，這不僅影響發動機的動力輸出，還可能導致燃燒不充分，增加污染物排放。為解決這一問題，現階段普遍采用添加引燃燃料（如氫氣或少量柴油）的方式來提升燃燒效率，但這無疑增加了燃料系統的復雜性與成本。目前，眾多科研機構與企業全力投入研發，探索改進燃燒技術的新路徑。例如，通過優化發動機的燃燒室設計，采用先進的噴射系統精準控制氨燃料的噴射量與噴射時機，提升燃料與空氣的混合效果，使燃燒過程更加穩定、高效；同時，開發專門適配氨燃料的高性能催化劑，降低燃燒反應的活化能，促進氨的充分燃燒，力求在不依賴引燃燃料的情況下，實現氨動力發動機性能的全面提升。

與LNG、甲醇動力船舶面臨的困境相似，基礎設施配套不完善同樣制約著氨動力船舶的推廣。

在船舶上運用氨作為燃料時，必須構建全方位、多層次的安全防護體系。

燃料電池：短途航行的得力助手

燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲醇等）和氧化劑（通常是氧氣）的化學能直接轉化為電能的裝置。燃料電池通過電化學反應產生電能，過程中幾乎不產生污染物，是一種非常清潔的能源技術。

在船舶動力領域，燃料電池展現出獨特的技術優勢與應用潛力。從環保維度來看，其反應過程僅產生水，完全規避了二氧化碳、硫氧化物及顆粒物的排放，堪稱零碳排的“綠色心臟”。在能源效率方面，燃料電池的能量轉換率可達40%～60%，較傳統內燃機25%～30%的轉化效率大幅提升，降低了燃料消耗，減少了能源浪費。

在運行特性上，燃料電池以靜默運作著稱，幾乎不產生機械噪聲，既為船員營造了靜謐舒適的工作環境，也最大限度減少了對海洋生物聲吶系統的干擾，守護了海洋生態的寧靜。此外，燃料電池強大的燃料兼容性賦予船舶多元選擇，無論是氫氣、甲醇等新興清潔能源，還是天然氣等傳統能源，均可作為反應介質，降低了船舶對單一燃料的依賴，增強了航運能源供應的靈活性與穩定性。

在全球積極推動綠色航運、努力實現碳中和目標的大背景下，2025年4月，洋馬公司（Yanmar）研發的GH320FC船用氫燃料電池系統順利獲得了挪威船級社（DNV）頒發的原則性認可證書。它標志著洋馬GH320FC船用氫燃料電池系統的設計理念、技術架構以及安全標準等各方面，均得到了國際權威機構的認可。值得一提的是，洋馬的這款系統成功躋身全球首批通過該認證的兆瓦級船用氫燃料電池系統之列。

2024年8月，中國首艘氫燃料電池動力船舶“三峽氫舟1號”在三峽壩區開啟首航之旅。該船主要采用氫燃料電池動力系統，輔以磷酸鐵鋰電池動力系統協同運行。尤為亮眼的是，“三峽氫舟1號”充分依托三峽清潔能源優勢，開創性地利用三峽綠電制氫，實現全航程“只排水、零排放”的綠色航行。

當前，燃料電池的能量密度偏低，成為制約其在船舶領域廣泛應用的一大關鍵瓶頸。燃料電池動力船舶的續航里程通常不足200公里，這限制了其在長途航行中的應用，主要適用于短途渡輪、港口作業船和內河船舶。

從成本角度來看，燃料電池系統的制造成本居高不下，尤其是質子交換膜燃料電池（PEMFC），其核心組件如質子交換膜、催化劑等，生產工藝復雜且依賴進口，致使成本高昂。不僅如此，氫氣等燃料的儲存和運輸成本同樣不菲，氫氣需要在高壓、低溫等特殊條件下儲存，運輸過程中也面臨著較大的能量損耗，這些因素疊加，使得燃料電池動力船舶的初期投資與運營成本遠超傳統船舶。

這場席卷全球的船舶動力綠色變革，既是航運業直面環境危機的破局之戰，也是人類探索可持續發展路徑的生動縮影。從LNG率先破冰、甲醇強勢突圍，到氨能引領零碳未來，再到燃料電池聚焦短途創新，每一種新能源都以獨特優勢為航運減排提供解決方案，卻也在技術、安全、基建等維度遭遇共性挑戰。破解這些難題，不僅需要科研團隊在材料科學、燃燒技術、儲能系統上持續攻關，更依賴于政府、企業與國際組織攜手構建完善的燃料供應網絡、統一安全標準與激勵機制。

當技術突破的星火匯聚成炬，當全球協作的共識凝聚成勢，我們有理由相信，綠色航運的藍圖終將從紙面躍入現實，讓碧波之上的船舶真正成為守護地球生態的“綠色使者”，在世界貿易的航道上開拓清潔、高效的嶄新未來。（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心）

（文章來源：《創意世界》2025年7月號）

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編校：范曉華，審讀：郭麗

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