水面上，一場(chǎng)航運(yùn)減碳的競(jìng)速賽正悄然上演。
最近，全球首艘純氨燃料內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力示范船“氨暉號(hào)”在安徽巢湖水域成功首航，這標(biāo)志著氨燃料在船舶領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用取得重大突破，為航運(yùn)業(yè)節(jié)能減排、綠色發(fā)展開(kāi)辟出一條新路徑。
航運(yùn)業(yè)托舉著全球80%以上的國(guó)際貿(mào)易，其綠色低碳化迫在眉睫。
這兩年，與航運(yùn)燃料低碳化有關(guān)的新聞不絕于耳——特斯拉的Megapack儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)始為遠(yuǎn)洋貨輪供電，全球首艘氫燃料電池渡輪“MF Hydra”已在挪威峽灣實(shí)現(xiàn)數(shù)百次往返，珠江口試航的甲醇雙燃料集裝箱船碳排放直降15%，硫氧化物近乎絕跡……
相比人們熟知的LNG、甲醇、氫等燃料，作為新型船舶燃料的氨何以“后來(lái)者居上”？巢湖上這艘純氨船，又將如何攜手國(guó)內(nèi)船企和科研機(jī)構(gòu)，激蕩起新能源船舶萬(wàn)億藍(lán)海的創(chuàng)新漣漪？
沒(méi)有黑煙的船
7月3日下午3時(shí)30分許，氣溫飆升到38℃。當(dāng)我們來(lái)到位于巢湖東南角的散兵鎮(zhèn)時(shí)，合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院副主任吳殿武正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員，在悶熱的碼頭辦公室開(kāi)碰頭會(huì)。距此不遠(yuǎn)的岸邊，“氨暉號(hào)”身披首航成功橫幅靜靜靠泊著。
“首航很成功，但相關(guān)參數(shù)還有繼續(xù)優(yōu)化的空間。我們要繼續(xù)開(kāi)展試驗(yàn)，找出最為經(jīng)濟(jì)可靠的方案?！眳堑钗湔f(shuō)。
頂著烈日，我們登上“氨暉號(hào)”。沿舷梯下到船艙，一組管線縱橫的動(dòng)力裝備映入眼簾。這就是氨暉號(hào)的“心臟”——一臺(tái)200千瓦的高速氣體內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)100千瓦推進(jìn)電機(jī)及雙槳推進(jìn)系統(tǒng)。
氨，是化學(xué)工業(yè)的重要原料，由于其能量密度高，以及不含碳元素等特性，作為燃料應(yīng)用潛力巨大。但相比甲烷等燃料，氨的燃燒性很弱，燃點(diǎn)更高達(dá)651℃。直到2020年以前，很多人還認(rèn)為氨是不可能在內(nèi)燃機(jī)里被點(diǎn)燃的。
化“不可能”為可能。為激活氨的高燃點(diǎn)，能源研究院團(tuán)隊(duì)選擇了當(dāng)時(shí)行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有先例的等離子點(diǎn)體火方式。
吳殿武形象地解釋：“借助等離子體的高能量，不僅可以迅速讓內(nèi)燃機(jī)溫度升高，還能將有些‘害羞’的氨燃料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使其變得更加‘熱情奔放’，進(jìn)而提升燃燒性?！薄?/span>
從實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)到重卡內(nèi)燃機(jī)，從點(diǎn)火頭材料研發(fā)到儲(chǔ)氨裝置個(gè)性化設(shè)計(jì)……伴隨相關(guān)技術(shù)方案的持續(xù)迭代，氨燃料內(nèi)燃機(jī)功率越做越大。2023年，團(tuán)隊(duì)與深圳海旭新能源有限公司開(kāi)展合作，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了純氨燃料在船用內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用。
“之前的設(shè)計(jì)方案是將柴油等傳統(tǒng)燃料與氨混合，但純氨才是真正的零碳排放?！眳堑钗涓嬖V我們，當(dāng)馬士基等巨頭紛紛開(kāi)始布局氨燃料，國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)更不能滿足于眼前的小突破，“快馬加鞭，爭(zhēng)取早日形成先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)?！?/span>
內(nèi)燃機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)精密的燃燒腔體。為了能在封閉腔體內(nèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定燃燒，除點(diǎn)火能量要大，氨還必須從自己的“身體”里裂解出更多的氫。
氨、氫兩種氣體“個(gè)性”迥異，但一旦結(jié)合，卻能形成有趣的互補(bǔ)效應(yīng)，為內(nèi)燃機(jī)注入源源不斷的動(dòng)力。
道理不難理解，真正付諸實(shí)施卻遇到了許多新問(wèn)題。首當(dāng)其沖的是，氫、氨比例如何控制？
“必須要有個(gè)能即時(shí)讀取氫濃度的靈敏裝置?！毖芯繂T陳龍威鉆研氨燃料內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)多年，他告訴我們，內(nèi)燃機(jī)在結(jié)構(gòu)上大同小異，最大的考驗(yàn)在于燃燒工藝和設(shè)備的適配性。
以測(cè)氫儀為例，鉛筆盒大小的裝置里布滿精密的氣體探頭，在堪比超級(jí)“高壓鍋”的內(nèi)燃機(jī)里，這些探頭如何穩(wěn)定工作？
為解決這個(gè)技術(shù)難題，陳龍威和同事們加班加點(diǎn)，在項(xiàng)目合作伙伴的助力下，他們僅用不到三個(gè)月就拿出了純氨內(nèi)燃機(jī)測(cè)氫儀的設(shè)計(jì)方案，“修改過(guò)的圖稿足有上百份。”
沒(méi)有黑煙、沒(méi)有異味，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：二氧化碳排放近乎為零，氮氧化物濃度不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)四分之一，噪音比圖書館還低。
近一個(gè)小時(shí)的首航，“氨暉號(hào)”實(shí)現(xiàn)了純氨燃料的穩(wěn)定充分燃燒、二氧化碳的近零排放和氮氧化物的有效控制等預(yù)期目標(biāo)，驗(yàn)證了氨氫融合燃料的潛力。
不含碳的燃料“新星”
航運(yùn)業(yè)每年排放多少二氧化碳？約10億噸。
這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于每年全球汽車排放量總和的530倍，而一艘超大型集裝箱船（VLCC）燒重油一天的排放量，相當(dāng)于3萬(wàn)輛家用轎車。
脫碳“生死劫”之下，世界各國(guó)紛紛押注零碳排放的新燃料。氨就是其中之一。
氨燃料的崛起堪稱一場(chǎng)從“增收明星”到“零碳新貴”的華麗跨界。1727年，英國(guó)化學(xué)家哈爾斯首次通過(guò)分解銨鹽制得氨（NH?），它由一個(gè)氮原子與三個(gè)氫原子緊密相擁，其核心優(yōu)勢(shì)源于“零碳基因”——不含碳元素，燃燒時(shí)主要生成氮?dú)馀c水，這就從根源上阻斷了二氧化碳排放。
但氨獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了燃燒速度慢、點(diǎn)火要求高等缺陷。此后兩百多年，雖然合成氨技術(shù)不斷突破，但其還是主要被應(yīng)用于化肥領(lǐng)域。直到進(jìn)入新世紀(jì)，當(dāng)氣候危機(jī)敲響警鐘，當(dāng)綠電消納成為必答之題，氨才以“綠色燃料”身份在航運(yùn)業(yè)翻紅。
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